Phản ứng khử Clemmensen thuộc series Các phản ứng mang tên người, bài viết bao gồm: Tác giả, phản ứng, cơ chế phản ứng, độ hoạt động, định hướng vị trí nhóm thế, một số mở rộng của phản ứng và bài tập áp dụng.
1. Tác giả của phản ứng khử Clemmensen
Erik C. Clemmensen (1876-1941) sinh tại Odense, Đan Mạch. Ông đã nhận được bằng M.S. (bằng cử nhân) từ học viện Bách khoa Hoàng gia ở Copenhagen. 1900, Clemmensen nhập cư đến Hoa Kỳ, và làm việc tại công ty Parke, Davis ở Detroit (hiện là một phần của Pfizer), ông thực hiện nghiên cứu hóa học tại đây trong gần 14 năm và cũng chính tại đây vào năm 1913, ông đã phát hiện ra quá trình khử các hợp chất chứa nhóm carbonyl bằng hỗn hợp kẽm, acid
E. Clemmensen báo cáo rằng các keton và aldehyde sẽ được chuyển thành alkane tương ứng bằng cách đun hoàn lưu hỗn hợp trong vài giờ với hydrochloric acid 40%, hỗn hống (Zn/Hg) và dung môi hữu cơ như là toluene.
Tuy nhiên điều kiện phản ứng của Clemmensen tại thời điểm đó khá khắc nghiệt do ở nhiệt độ cao một số hợp chất ketone hoặc aldehyde sẽ bị phân hủy, do đó một thời gian sau nhóm của Yamamura và các đồng nghiệp đã thành công thực hiện chuyển hóa trên ở điều kiện phản ứng êm dịu hơn, họ sử dụng các dung môi hữu cơ khác như THF, Et2O, benzene,…, bột kẽm và acid khan HCl hoặc HBr ở 0oC.
Các hợp chất chứa nhóm carbonyl về bản chất thì chúng là các hợp chất phân cực do đó các dung môi kém phân cực được đề cập trước đó khó hòa tan, nên sau này các nhà khoa học lại tiếp tục sửa đổi bằng cách thêm vào một dung môi phân cực (acetic acid, ethanol, dioxane) để giúp làm đa dạng chất nền cho phản ứng này.
3. Cơ chế cho phản ứng khử Clemmensen
Cơ chế khử Clemmensen cho tới thời điểm hiện tại vẫn chưa được hiểu rõ. Và vấn đề này được giải thích bởi thực tế là khá khó khống chế chính xác các điều kiện chuẩn như nồng độ của acid, nồng độ của kẽm trong hỗn hống.
Tuy vậy, các nghiên cứu về cơ chế của phản ứng này chỉ ra rằng phản ứng khử Clemmencen chỉ xảy ra với kẽm, chứ không xảy ra với các kim loại khác có khả năng khử tương đương và khi thực hiện phản ứng khử Clemmensen đối với các nhóm hợp chất có dạng như benzaldehyde, hợp chất α,β-carbonyl bất bão hòa thì sẽ thu được sản phẩm phụ là các rượu benzylic và rượu allylic và thường thì ở cùng điều kiện phản ứng các nhóm carbonyl liên hợp thường được thu được hiệu suất cao hơn đối với các trường hợp aldehyde, ketone đơn giản dù cho phản ứng không sinh ra các sản phẩm phụ này.
Tuy cơ chế vẫn chưa được thống nhất tuy nhiên độ hiệu quả trong tổng hợp hữu cơ của nó là không phải bàn cãi. Do đó phản ứng vẫn được sử dụng rất nhiều từ xưa đến bây giờ, trong quy trình tổng hợp Pumiliotoxin C của Masaichi Naruse, Sakae Aoyagi, Chihiro Kibayashi.
Pumiliotoxin C được tìm thấy trong loài ếch Oophaga, nó là một hợp chất thuộc nhóm hợp chất alkaloid có tác dụng gây độc cho hệ thần kinh và cơ bắp, việc tổng hợp các hợp chất này giúp phục vụ cho công tác nghiên cứu về các đặc tính của chúng đối với con người. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phản ứng khử Clemmensen cho một bước quan trọng trong quy trình của mình.
Trong nghiên cứu này nhóm báo cáo đã thu được hiệu suất của phản ứng khử clemmensen là 91% cho cả hai sản phẩm đối quang và 57% chọn lọc cho sản phẩm trên hình. Thông qua phản ứng trên các bạn có thể thấy đó là phản ứng khử chỉ diễn ra đối với nhóm carbonyl độc lập trên vòng cyclohexane, còn nhóm carbonyl của nhóm amide không hề xảy ra phản ứng khử này.
4. Một số bài tập áp dụng phản ứng khử Clemmensen
Hãy đề xuất quy trình tổng hợp propylbenzene từ benzene!
Hãy đề xuất công thức sản phẩm khi thực hiện phản ứng khử Clemmensen đối với hợp chất methyl 5-acetyl-2-nitrobenzoate.
5. Kết luận về phản ứng khử Clemmensen
Phản ứng khử Clemmensen là một phương pháp hữu hiệu giúp chuyển đổi các nhóm carbonyl thành nhóm methylene. Tuy vậy phản ứng sẽ khá khó áp dụng đối với một số hợp chất không bền trong điều kiện acid, đã có một số phản ứng khác có khả năng giải quyết vấn đề này đơn cử đó là phản ứng khử Wolff-Kishner sử dụng N2H4 trong điều kiện base mạnh. Trong tương lai, mình mong sẽ có các công trình nghiên cứu giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế cho phản ứng này.
Một bình luận
Giúp em viết phản ứng của ethyl phenyl ceton theo clemensen được không ạ