- Beispiele für Verbindungen mit Benzylgruppe
- Benzylwasserstoffe
- Carbokationen und Benzylradikale
- Resonanz in der Benzylgruppe
- Andere Radikale
- Reaktionen
- Verweise
Das Benzyl oder Benzyl ist eine Substituentengruppe in einer üblichen organischen Chemikalie, deren Formel C 6 H 5 CH 2 - oder Bn ist. Strukturell besteht es einfach aus der Vereinigung einer Methylengruppe CH 2 mit einer Phenylgruppe C 6 H 5 ; das heißt, ein sp 3 -Kohlenstoff, der direkt an einen Benzolring gebunden ist.
Daher kann die Benzylgruppe als ein aromatischer Ring angesehen werden, der an eine kleine Kette gebunden ist. In einigen Texten wird die Verwendung der Abkürzung Bn anstelle von C 6 H 5 CH 2 - bevorzugt , was in jeder Verbindung leicht zu erkennen ist; insbesondere wenn es an ein Sauerstoff- oder Stickstoffatom, O-Bn bzw. NBn 2 , gebunden ist .
Benzylgruppe. Quelle: IngerAlHaosului
Diese Gruppe findet sich auch implizit in einer Reihe weithin bekannter Verbindungen. Beispielsweise könnte Benzoesäure, C 6 H 5 COOH, als Benzyl angesehen werden, dessen sp 3 -Kohlenstoff einer erschöpfenden Oxidation unterzogen wurde; oder Benzaldehyd, C 6 H 5 CHO, aus partieller Oxidation; und Benzylalkohol, C 6 H 5 CH 2 OH, noch weniger oxidiert.
Ein weiteres etwas offensichtliches Beispiel für diese Gruppe ist Toluol, C 6 H 5 CH 3 , das aufgrund der ungewöhnlichen Stabilität aufgrund von Benzylradikalen oder Carbokationen eine bestimmte Anzahl von Reaktionen eingehen kann. Die Benzylgruppe dient jedoch dazu, die OH- oder NH 2 -Gruppen vor Reaktionen zu schützen, die das zu synthetisierende Produkt unerwünscht modifizieren.
Beispiele für Verbindungen mit Benzylgruppe
Benzylgruppenverbindungen. Quelle: Jü
Im ersten Bild wurde die allgemeine Darstellung einer Verbindung mit einer Benzylgruppe gezeigt: C 6 H 5 CH 2 -R, wobei R ein beliebiges anderes Molekülfragment oder Atom sein kann. Somit kann durch Variieren von R eine hohe Anzahl von Beispielen erhalten werden; einige einfach, andere nur für einen bestimmten Bereich einer größeren Struktur oder Baugruppe.
Benzylalkohol leitet sich beispielsweise von der Substitution von R: C 6 H 5 CH 2 -OH durch OH ab. Wenn es sich anstelle von OH um die NH 2 -Gruppe handelt , entsteht die Benzylaminverbindung: C 6 H 5 CH 2 -NH 2 .
Wenn Br das Atom ist, das R ersetzt, ist die resultierende Verbindung Benzylbromid: C 6 H 5 CH 2 -Br; R für CO 2 Cl führt zu einem Ester, Benzylchlorcarbonat (oder Carbobenzoxylchlorid); und OCH 3 ergibt den Benzylmethylether C 6 H 5 CH 2 -OCH 3 .
Selbst (wenn auch nicht vollständig korrekt) kann R von einem einzelnen Elektron angenommen werden: dem Benzylradikal C 6 H 5 CH 2 ·, dem Produkt der Freisetzung des Radikals R ·. Ein anderes Beispiel ist Phenylacetonitril oder Benzylcyanid, C 6 H 5 CH 2 -CN , obwohl es nicht in dem Bild enthalten ist .
Es gibt Verbindungen, bei denen die Benzylgruppe kaum eine bestimmte Region darstellt. Wenn dies der Fall ist, wird häufig die Abkürzung Bn verwendet, um die Struktur und ihre Darstellungen zu vereinfachen.
Benzylwasserstoffe
Die obigen Verbindungen haben nicht nur den aromatischen oder Phenylring gemeinsam, sondern auch benzylische Wasserstoffatome; Dies sind diejenigen, die zum sp 3 -Kohlenstoff gehören .
Solche Wasserstoffatome können dargestellt werden als: Bn-CH 3 , Bn-CH 2 R oder Bn-CHR 2 . Der Bn-CR 3 -Verbindung fehlt Benzylwasserstoff, und daher ist ihre Reaktivität geringer als die der anderen.
Diese Wasserstoffatome unterscheiden sich von denen, die normalerweise an einen sp 3 -Kohlenstoff gebunden sind .
Betrachten Sie beispielsweise Methan, CH 4 , das auch als CH 3 -H geschrieben werden kann. Damit die CH 3 -H- Bindung bei einer heterolytischen Spaltung (Radikalbildung) aufgebrochen werden kann , muss eine bestimmte Energiemenge zugeführt werden (104 kJ / mol).
Die Energie für das gleiche Aufbrechen der C 6 H 5 CH 2 -H- Bindung ist jedoch geringer als die von Methan (85 kJ / mol). Da diese Energie geringer ist, bedeutet dies, dass das Radikal C 6 H 5 CH 2 · stabiler als CH 3 · ist. Das gleiche passiert mehr oder weniger stark mit anderen benzylischen Wasserstoffatomen.
Folglich sind Benzylwasserstoffe reaktiver bei der Erzeugung stabilerer Radikale oder Carbokationen als diejenigen, die durch andere Wasserstoffatome verursacht werden. Warum? Die Frage wird im nächsten Abschnitt beantwortet.
Carbokationen und Benzylradikale
Das Radikal C 6 H 5 CH 2 · wurde bereits in Betracht gezogen, wobei die Benzylcarbokation fehlte: C 6 H 5 CH 2 + . Im ersten gibt es ein ungepaartes und einsames Elektron, und im zweiten gibt es einen elektronischen Mangel. Die beiden Spezies sind hochreaktiv und stellen vorübergehende Verbindungen dar, aus denen die Endprodukte der Reaktion stammen.
Der sp 3 -Kohlenstoff kann nach dem Verlust von einem oder zwei Elektronen zur Bildung des Radikals bzw. der Carbokation eine sp 2 -Hybridisierung (trigonale Ebene) annehmen , so dass zwischen seinen elektronischen Gruppen die geringstmögliche Abstoßung besteht. Aber wenn es sich wie bei den aromatischen Ringkohlenstoffen um sp 2 handelt, kann es dann zu einer Konjugation kommen? Die Antwort ist ja.
Resonanz in der Benzylgruppe
Diese Konjugation oder Resonanz ist der Schlüsselfaktor zur Erklärung der Stabilität dieser Benzyl- oder Benzyl-abgeleiteten Spezies. Das folgende Bild zeigt ein solches Phänomen:
Konjugation oder Resonanz in der Benzylgruppe. Die anderen Wasserstoffatome wurden weggelassen, um das Bild zu vereinfachen. Quelle: Gabriel Bolívar.
Es ist zu beachten, dass dort, wo sich einer der benzylischen Wasserstoffatome befand, ein p-Orbital mit einem ungepaarten Elektron (Radikal, 1e - ) oder leer (Carbokation, +) vorhanden war. Wie zu sehen ist, verläuft dieses p-Orbital parallel zum aromatischen System (die grauen und hellblauen Kreise), wobei der Doppelpfeil den Beginn der Konjugation anzeigt.
Somit können sowohl das ungepaarte Elektron als auch die positive Ladung durch den aromatischen Ring übertragen oder dispergiert werden, da die Parallelität ihrer Orbitale ihn geometrisch begünstigt. Diese befinden sich jedoch in keinem p-Orbital des aromatischen Rings; nur in jenen, die zu den Kohlenstoffen in ortho- und para-Positionen in Bezug auf CH 2 gehören .
Deshalb heben sich die hellblauen Kreise von den grauen ab: In ihnen konzentriert sich die negative oder positive Dichte des Radikals bzw. der Carbokation.
Andere Radikale
Es sollte erwähnt werden, dass diese Konjugation oder Resonanz nicht bei sp 3 -Kohlenstoffen auftreten kann, die weiter vom aromatischen Ring entfernt sind.
Beispielsweise ist das Radikal C 6 H 5 CH 2 CH 2 · viel instabiler, weil das ungepaarte Elektron aufgrund der dazwischenliegenden CH 2 -Gruppe und der sp 3 -Hybridisierung nicht mit dem Ring konjugieren kann . Gleiches gilt für C 6 H 5 CH 2 CH 2 + .
Reaktionen
Zusammenfassend: Benzylwasserstoffe neigen zur Reaktion und erzeugen entweder ein Radikal oder ein Carbokation, was wiederum das Endprodukt der Reaktion verursacht. Daher reagieren sie über einen SN 1 -Mechanismus .
Ein Beispiel ist die Bromierung von Toluol unter ultravioletter Strahlung:
C 6 H 5 CH 3 + 1 / 2Br 2 => C 6 H 5 CH 2 Br
C 6 H 5 CH 2 Br + 1 / 2Br 2 => C 6 H 5 CHBr 2
C 6 H 5 CHBr 2 + 1 / 2Br 2 => C 6 H 5 CBr 3
Tatsächlich entstehen bei dieser Reaktion Br · -Radikale.
Andererseits reagiert die Benzylgruppe selbst, um die OH- oder NH 2 -Gruppen in einer einfachen Substitutionsreaktion zu schützen . Somit kann ein ROH-Alkohol unter Verwendung von Benzylbromid und anderen Reagenzien (KOH oder NaH) "benzyliert" werden:
ROH + BnBr => ROBn + HBr
ROBn ist ein Benzylether, zu dem seine anfängliche OH-Gruppe zurückgeführt werden kann, wenn er einem reduktiven Medium ausgesetzt wird. Dieser Ether sollte unverändert bleiben, während andere Reaktionen an der Verbindung durchgeführt werden.
Verweise
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- Carey, FA (2008). Organische Chemie. (6. Auflage). McGraw-Hill, Interamerica, Herausgeber SA
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- Dr. Donald L. Robertson. (5. Dezember 2010). Phenyl oder Benzyl? Wiederhergestellt von: home.miracosta.edu
- Gamini Gunawardena. (2015, 12. Oktober). Benzylcarbokation. Chemie LibreTexts. Wiederhergestellt von: chem.libretexts.org