Phản ứng vòng hóa với xúc tác vàng

Hiện nay nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới bắt đầu nghiên cứu sâu về việc sử dụng xúc tác vàng trong tổng hợp hữu cơ. Các bạn hãy thử đề nghị chi tiết cơ chế phản ứng sử dụng xúc tác vàng giữa hợp chất 12 để tạo thành sản phẩm 3. Tổng hợp này chỉ vừa được công bố cách đây hơn hai tuần trong tạo chí Journal of the American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc.) (thường được viết lụi là JACS).

Scheme bên trên là gợi ý nhằm giúp các bạn có hướng đi thích hợp trong việc đề nghị cơ chế. Bên dưới là bảng thử nghiệm xúc tác và hiệu suất tương ứng.

Bài của em :notagree

Cơ chế này bị sai do nhìn nhầm công thức, Indole 2 thiếu 1 nối đôi nên hướng tác kích và giải thích bị sai. Xin nhận khuyết điểm :danhnguoi

Cơ chế Tigerchem đề nghị về cơ bản gần đúng nhưng do có lẽ cố gắng lái hướng đi đến tạo thành sản phẩm nên cơ chế có vẻ gượng ép. Tigerchem cứ thử vẽ mỗi lần chỉ từng bước cơ chế xảy ra và suy nghĩ thêm tại sao sẽ thấy sáng tỏ vấn đề hơn nhiều theo thứ tự sau:

  • Thường nối ba carbon-carbon sẽ làm gì các ion kim loại của vàng, bạc, đồng…
  • Sau đó nối ba sẽ trở nên dư hay thiếu điện tử, và nguyên tử nào sẽ cho điện tử vào nối ba.
  • Thường vòng ba cho hiệu ứng cộng hưởng dương +R, nhưng điều này thường chỉ xảy ra khi có sự hiện diện của carbocation hay ion dương.

Điều bất hợp lý trong cơ chế đề nghị là :

  • Tại sao lại có sự chyển vị?
  • Tại sao ion vàng lại phối trí với nhóm methylene (CH2) của SO2Ph?
  • carbocation có tồn tại được cạnh nguyên tử nitrogen không? nếu không điều gì nên xảy ra trước đó để cơ chế hợp lý hơn?

Cơ chế cho chất trung gian

Sở dĩ có chuyển vị vì tạo thành carbocation nhị cấp bền hơn nhất cấp, không có chuyển vị Ph vì lúc đó carbocation sẽ nằm gần O và liên kết đôi nên kém bền, cũng không có H để chuyển vị nội phân tử (carbocation lùi vô vị trí carbon alpha) vì sau đó sẽ tạo sản phẩm là vòng 6 bền hơn.

Au tạo phức vì ở đó carbon thiếu điện tử (do nhóm SO2 rút) nên Au(-) sẽ cho điện tử vào.

Carbocation nằm kế N nhưng Au có độ âm điện thấp hơn N và C nên N sẽ rút điện tử của Au(-) hơn là rút của carbocation.

:mohoi (

cái này có vẻ phúc tạp à nha! nhung sau hình trên dó khi bạn mở vòng 3 ra chuyển qua trạng thái carbocation bậc 1 thì đáng lẽ nó kém bền hơn mà phai ko? nói chung mình phải xem thật rõ mấy cái chuyển vị này? rồi sẽ thảo luận thêm. hỗm rài ăn uống no say quá kiến thức chạy hết rồi. có gì anh em đừng trách nha ! hic nam moi đã qua mà ăn tết xong thấy mình sụt ký hic buồn quá

Câu hỏi này trích trong bài báo “Au-Containing All-Carbon 1,4-Dipoles: Generation and [4 + 2] Annulation in the Formation of Carbo-/Heterocycles” của nhóm tác giả Trung Quốc (Guozhu Zhang, Xiaogen Huang, Guotao Li, and Liming Zhang) thuộc Khoa Hóa, ĐH NeVada, USA đăng gần đây trong tạp chí J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1814-1815.

Tigerchem đã hoàn tất hầu hết cơ chế này, nên mình cũng post những comments của mình về diễn tiến của cơ chế phản ứng để làm rõ thêm.

Như chúng ta đầu biết alkyne có khả năng tạo phức với ion kim loại như Cu2+, Ag+, Au3+, v.v. thông qua nối phối trí. Phức 1a tạo thành khiến cho nối ba carbon-carbon của 1a trở nên thiếu điện tử vì vậy đôi điện tử p trên nguyên tử oxygen có khả năng đóng vai trò như tác nhân thân hạch (nucleophile) và cho phản ứng cộng bản chất thân hạch vào nối ba thiếu điện tử tạo thành trung gian vòng 1b. Phản ứng cộng này trái với thông thường là nối đôi hay nối ba giàu điện tử cho phản ứng cộng thân điện tử vào tác chất thân điện tử (thiếu điện tử). Lưu ý rằng nếu có sự cạnh tranh tạo thành vòng 4 hay 5 hoặc giữa vòng 5 hay 6, sự tạo thành vòng 5 lúc nào cũng chiếm ưu thế.

Trong 1b, nguyên tử oxygen mang nối ba nên có điện tích dương tạo driving force khiến vòng ba bị mở ra và đóng vai trò như hiệu ứng cộng hưởng dương và tạo carbocation nhất cấp trung gian 4. Trong hợp chất 2, nguyên tử nitrogen có độ thân hạch cao hơn nối đôi carbon-carbon, nên đôi điện tử p trên nguyên tử nitrogen cho hiệu ứng cộng hưởng dương +R vào nối đôi carbon-carbon dẫn đến điện tử pi của nối đôi tác kích vào carbocation 4 thiếu điện tử. Đây là kiểu tác kích đặc trưng của hệ enamine. Điều này tương tự đối với ion enolate có điện tích âm trên nguyên tử oxygen cộng hưởng vào nối đôi để cho phản ứng cộng thân hạch vào nhóm carbonyl.

Cuối cùng là sự hoàn trả xúc tác vàng, và carbanion sinh ra từ 4a cho phản ứng cộng vào iminium tạo thành sản phẩm 3. Có lẽ ở đây không có sự tạo phức giữa vàng và nhóm CH2 của sulfone. Vì trong nghiên cứu cấu trúc tinh thể X-ray, rất nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy nếu có sự liên kết xảy ra thì ion kim loại chuyển tiếp sẽ liên kết trực tiếp với nguyên tử oxygen của nhóm sulfone.

Lưu ý: để vẽ các cấu trúc hóa học nhìn hài hòa các bạn có thể thử chọn những kiểu sau tùy theo phần mềm vẽ hình mà bạn đang sử dụng:

  • Chemdraw hay Chemoffice : Bạn vào Object/ Apply setting from rồi chọn kiểu ACS rồi hãy vẽ hình. Bạn có thể vẽ xong hết rồi chọn kiểu ACS sau cũng được nhưng sẽ mất công dàn dựng và bố trí lại hình do sự thay đổi font, kích cỡ… Sau khi đã vẽ xong và không chỉnh sửa gì thêm bạn save as trực tiếp dạng bmp là có thể post lên diễn đàn.

  • Chemwindows (free download từ diễn đàn): chọn JOC 75% rồi hãy vẽ hình. Nếu các bạn vẽ bằng chemwindows thì sau đó copy và paste vào paint (đơn giản nhất) hay bất cứ phần mềm đồ họa nào là có thể save as dạng jpg hay bmp để post lên diễn đàn mà không sợ bị mất hình như một số bài trên diễn đàn.

  • MDL Isisdraw 2.5 (free download): Bạn vào Option/ Read Journal or Custom Setting rồi chọn JACS.CFG hay JOC.CFG rồi hãy vẽ hình. Bạn phải copy và paste sang paint, rồi save as file.jpg hay bmp như Chemwindows mới post lên diễn đàn được.

  • ACD/Chemsketch (free download): Bạn vào Option/ Set structure drawing style rồi chọn J. Am. Chem. Soc. 2004 hoặc J. Org. Chem. 2004 rồi hãy vẽ hình. Bạn có thể save as trực tiếp file.bmp để post lên diễn đàn bằng ACD/Chemsketch.

Còn một vài phần mềm vẽ hình khác nhưng mình không quen sử dụng. Tuy nhiên tùy sở thích và tạp chí mà bạn sẽ nộp bài, bạn có thể chọn nhiều kiểu set up sẵn khác đã có trong option để lựa chọn, miễn sao bạn cảm thấy hài lòng với hình vẽ của mình là được. Các bạn sinh viên năm hai nên tập luyện vẽ hình trước để có thể vẽ hình đẹp cho Seminar chuyên ngành năm thứ 3 và luận văn hay tiểu luận tốt nghiệp vào năm 4.

Anh cho em hỏi là option anh chọn như thế nào để được hình vẽ đẹp như thế ah :cuoi ( Em dùng ChemWin nhưng rõ ràng nét vẽ không đẹp bằng anh, những chi tiết khác như color thì em chỉnh được, font Arial sẽ đẹp hơn TimesNewRoman em đang dùng. Thank anh.

Mình bắt đầu làm quen với việc vẽ hình bằng phần mềm khoảng năm 1993. Sau khi thử qua nhiều software khác nhau mình rút ra đuợc môt số kinh nghiệm. Để vẽ hình cấu trúc và chuỗi phản ứng hay sơ đồ cho đẹp bạn cần lưu ý những điểm sau:

  • Phần mềm nào cũng có thể vẽ được hình đẹp. Ví dụ nếu mình dùng chemwindows 3.0 ra đời khoảng năm 1990 cũng có thể vẽ đẹp ngang ngửa phần mềm Chemoffice 2008. Vì chức năng vẽ hình chính của các phần mềm không khác nhau bao nhiêu, điểm khác biệt lớn là các chức năng phụ thêm vào như giải phổ, hình 3D, v.v. nên các bạn đừng nghĩ phải dùng phần mềm mới, hiện đại mới vẽ được hình đẹp. Hiện nay mình dùng chemdraw 8.0.3 năm 2004 với những lý do đã trình bày trong bài viết trước đây. Mình có thử qua Chemoffice 2008 nhưng máy hơi bị nặng nên đã bỏ ra. http://www.compchem.hcmuns.edu.vn/chemvn/showthread.php?t=3244

  • Tiếp theo là chọn kiểu set up sẵn như mình đã trình bày trong bài trên. Có phải ý Tigerchem phần mềm “Chemwin” là “Chemwindows” không? Nếu là Chemwindows em vào “View” rồi chọn thanh công cụ “Style bar”. Sau đó trong thanh công cụ “Style bar” vào “Reports” thay bằng “JOC reduce 75%” thường cho hình cũng khá đựợc như chuỗi phản ứng mình vẽ nháp lại dưới đây. Sau đó, Copy và Paste vào “Paint” rồi “Crop” figure để thu nhỏ khung lại và sau cùng thì save as dạng JPEG để post lên diễn đàn. Các phần mềm khác minh đã trình bày cách chọn kiểu set up trong bài trước.

  • Việc vẽ công thức hóa học, sơ đồ hay chuỗi phản ứng cần được nghĩ như vẽ một bức tranh hay chụp một tấm hình. Nghĩa là trước khi vẽ, bạn phải có sẵn bố cục tuởng tượng ra ở trong đầu. Nếu không tưởng tượng ra được nên vẽ ra trong giấy nháp. Ví dụ như chuỗi phản ứng có 9 cấu trúc, vậy sẽ bố trí là ba hàng và mỗi hàng có 3 cấu trúc thì chắc chắn hình vẽ sẽ đẹp hơn là hai hàng có 4 cấu trúc và hàng cuối chỉ có 1 cấu trúc.

  • Bắt đầu vẽ chuỗi phản ứng bằng cách vẽ cấu trúc lớn nhất, phức tạp nhất trong chuỗi đó. Tiếp đó là tác chất phức tạp nhất, nhiều nhất và dài nhất nằm trên mũi tên. Sau khi làm xong hai việc này, qua đó bạn sẽ biết được mỗi hàng nên chứa bao nhiêu cấu trúc là vừa đẹp vì nhiều khi mỗi hàng chỉ chứa được hai cấu trúc mà thôi. Đừng quan trọng việc chuỗi phản ứng đó quá dài (miễn sao đừng quá một trang giây là được), và quan trọng nhất là chuỗi phản ứng vẽ ra có rõ ràng hay không và đẹp không.

Phản ứng vòng hóa bằng xúc tác kim loại đã được nghiên cứu từ lâu, khá nhiều article tìm thấy trên tạp chí J. Am. Chem. Soc.

Đây là phản ứng nghiên cứu của nhóm Yam amoto đăng trên J. Am. Chem. Soc 2002). Dùng xúc tác Au thực hiện phản ứng vòng hóa.

Còn đây là phản ứng vào năm 1995 Miura và cộng sự đăng (J. Org. Chem. 1995, 60, 4999). Cho đến năm 2002 nhóm của Fu đã đưa thêm khẳng định có sự chọn lọc đối quang (enantioselectivity) ở phản ứng này. Trong đa số trường hợp dạng cis được hình thành chủ yếu (>90%).

Ngoài ra còn rất nhiều article xoay quanh vấn đề chọn xúc tác kim loại, hiệu suất, chọn ligand … Anh em nào hứng thú thì đề nghị cơ chế của hai quá trình chuyển hóa trên nhé.

đây là phần đề nghị cơ chế của mình thử xem nhé, có gì góp ý ( chắc sai nhiều lắm đây) vì vẽ hình dài quá nên khúc dưới là kết quả của chất sau phản ứng

Hi Napoleon9 ! Sorry, suýt tí nữa là mình quên mất topic này, nãy giờ phải ngồi đọc lại để remind một chút kiến thức về cycloaddition with metal ion catalysis.

Napoleon9 chỉ làm một câu đầu thôi àh. hehe, vậy mình sẽ give một vài comment nhỏ nhé:

Thứ nhất, trong hệ tác chất mình nêu ra có tới hai chức triple bond (mono- và di- substituted acetylene), nên phản ứng chắc hẳn sẽ được nhìn ở nhiều góc độ, nhưng chỉ một hướng đem lại kết quả cool nhất.

Napoleon9 đề nghị [Au] sẽ tạo complex (host-guest complex) với phenyl acetylene. Rồi sau đó triple bond của di-substituted acetylene giàu điện tử tấn công vào hệ pi đã yếu điện tử của complex. Hướng này không phải hướng chính vì:

  • Như đã biết, acetylene có tính thân hạch đã yếu, nhất là trong hệ có [Au] có khả năng tạo complex với cả hai triple bond.

  • Hướng attack trên sẽ ưu tiên Oxygen ở carbonyl thì khả quan hơn.

Các bước sau Napoleon9 rãnh thì chỉnh lại hình vẽ đi, chứ khó nhìn quá. hix !

Theo mình, bạn nên lưu ý tới cấu trúc của di-substituted acetylene, vì sau khi triple bond complexion, Oxygen trong nội cấu trúc sẽ dễ dàng attack để tạo vòng 6 cạnh. :hutthuoc(

Thử hướng này xem nhé.

Nếu có hứng thú resolve lun câu 2. Câu này mấu chốt phải đế ý mono-substituted acetylene được xử lí complexion với [Cu] (đương nhiên là terminal chain treatment), trong sự hiện diện của một base amine. :hun (

Mong anh Scooby-Doo support câu trả lời của em nhé, em từ lâu không đọc hữu cơ nên dễ comment sai sót. :quyet (:chaomung

Thanks in advance !

lâu quá chưa đụng tới , anh em thử xem lời giải của mình thế nào nhé, dạo này sau làm biếng quá thế này( huhu tăng cân rồi 60kg tròn trĩnh ) thân bài sau để vài bữa có thời gian mình sẽ giải thử chào mọi người :24h_057:

xúc tác Au thì nó đóng vai trò là acid mềm , còn ví dụ 2 là CuX thì Cu+ đóng vài trò là acid cứng, nên mình nghĩ nó sẽ khác so với Au mình đề nghị cơ chế ở trên là thế này, hic mấy cái này cũng phức tạp quá. Lâu lâu ko đụng hóa hữu cơ nó choáng:018: có gì anh em góp ý nhé ! "sai nhiều hiểu nhiều , sai ít hiểu được bao nhiêu " nên chắc có sai .:021_002:

Nhìn tổng qua thì em không thấy có gì mâu thuẫn. Tuy nhiên em chưa hiểu rõ lắm khái niệm acid mềm và acid cứng anh à … Giải thích hộ em một chút nhé ^^

hi, em co thể tham khảo anh BM đã viết ở đây về HSAB

ngoài ra em có thể đọc thêm nhiều sách nói về tổng hợp hữu cơ hay về tổng hợp phức chất đều có nói về khái niệm HSAB này thân