طرق تحضير الإيثرات

ما هي طرق تحضير الإيثرات؟

في هذه الأيام ومع التقدم التكنولوجي يمكننا تصنيع الإيثرات بعدة طرق حيث يمكن تحضير الإيثرات من مركبات عضوية بعدة طرق، مثل: تجفيف الكحوليات في وجود حمض الكبريتيك وينتج عن جفاف الإيثانول إيثوكسي إيثان عند درجة حرارة (413) كلفن وتعد هذه طريقة مثالية للتحضير من خلال الكحولات الأولية.

تحضير الإيثرات عن طريق تجفيف الكحول هو تفاعل بديل محب للأنوية والطريقة الأخرى هي طريقة ويليامسون فعندما يتفاعل هاليد الألكيل مع ألكوكسيد الصوديوم يتشكل الإيثر. يُعرف رد الفعل هذا باسم تخليق ويليامسون ويتبع هذا التفاعل بشكل عام آلية (SN2) للكحولات الأولية.

تحضير الإيثرات من خلال تجفيف الكحولات:

في ظل وجود الأحماض البروتينية مثل حمض الكبريتيك تخضع الكحولات للجفاف لإنتاج الألكينات والإيثرات في ظل ظروف مختلفة. على سبيل المثال: في وجود حامض الكبريتيك، ينتج عن جفاف الإيثانول عند (443) كلفن الإيثين. من ناحية أخرى فإنّه ينتج إيثوكسيثين عند (413) كلفن وهذه طريقة مثالية لتحضير الكحوليات الأولية.

إنّ تحضير الإيثرات عن طريق تجفيف الكحول هو تفاعل بديل محب للأنوية وهناك نوعان من الأدوار الرئيسية للكحول نجدهما في هذا التفاعل الأول هو أنّ جزيء الكحول يمكن أن يعمل كركيزة بينما الآخر هو أنه يعمل كمحب للنيوكليوفيل ويمكن أن تتبع هذا التفاعل آلية (SN1) أو (SN2) ويعتمد اختيار الآلية على ما إذا كان الكحول البروتوني يفقد الماء قبل أو في نفس الوقت عند هجوم جزيء كحول ثانٍ. بشكل عام سوف نجد أنّ الكحوليات الثانوية والثالثية تتبع آلية (SN1) بينما من ناحية أخرى تتبع الكحوليات الأولية آلية (SN2).

تحضير الإيثرات من خلال طريقة – Williamson Synthesis:

تعد طريقة ويليامسون لتحضير الإيثر الطريقة الأكثر استخدامًا لإنتاج الإيثرات وتحدث عن طريق تفاعل (SN2) حيث يقوم ألكوكسيد معدني بإزاحة أيون هاليد من هاليد ألكيل ويتم تحضير أيون الألكوكسيد عن طريق تفاعل كحول مع قاعدة قوية مثل هيدريد الصوديوم.

تعد طريقة ويليامسون طريقة مهمة لإعداد الإيثرات المتماثلة وغير المتماثلة في المختبرات. في هذه الطريقة نجري تفاعل هاليد الألكيل مع ألكوكسيد الصوديوم ممّا يؤدي إلى تكوين الإيثر ويتبع هذا التفاعل بشكل عام آلية (SN2) للكحول الأولي. كما نعلم فإنّ الألكوكسيدات هي قواعد قوية ويمكن أن تتفاعل مع هاليدات الألكيل وبالتالي فإنّهم يشاركون في ردود فعل الإزالة وتظهر طريقة ويليامسون إنتاجية أعلى في حالة هاليدات الألكيل الأولية.

طريقة ويليامسون لتحضير الإيثر: هو تفاعل (SN2) يكون فيه أيون ألكوكسيد عبارة عن محبة نووية تزيح أيون هاليد من هاليد ألكيل لإعطاء إيثر. يحدث التفاعل مع انعكاس التكوين في المراكز اللولبية ويمكن تقييده من خلال تفاعلات الإزالة المتنافسة المحتملة ويحدث تحضير الإيثر ويليامسون داخل الجزيء بمعدلات تعتمد على عدد الذرات في حالة الانتقال. تتأثر المعدلات باحتمالية اقتراب الألكوكسيد من ذرة الكربون الحاملة لأيون الهاليد بالإضافة إلى إجهاد مركب الحلقة الناتج والترتيب الملحوظ للتفاعل من حيث حجم الحلقة هو (3 > 5 > 6 > 4).

تعطي طريقة ويليامسون أفضل العوائد مع الميثيل أو الهاليدات الأولية لأنّ التفاعل يحدث عن طريق إزاحة (SN2) حيث يكون أيون الهاليد هو المجموعة الخارجة. يكون المحصول أقل بالنسبة لهاليدات الألكيل الثانوية لأنّها تتفاعل أيضًا مع أيون الألكوكسيد في تفاعل إزالة منافس ولا يمكن استخدام طريقة ويليامسون مع هاليدات الألكيل من الدرجة الثالثة لأنّها تخضع لتفاعلات إزالة بدلاً من المشاركة في تفاعلات (SN2) وبالتالي لصنع إيثر غير متماثل مع مجموعة ألكيل أولية وثالثية فإنّ أفضل الكواشف هو هاليد ألكيل أولي وأيون ألكوكسيد ثلاثي.

على سبيل المثال يمكن تحضير ثلاثي-بيوتيل ميثيل إيثر عن طريق تفاعل ثلاثي بوتوكسيد الصوديوم مع يوديد الميثيل ولكن ليس عن طريق تفاعل ميثوكسيد الصوديوم مع (2-iodo-2-methylpropane).

عادةً ما يتم تحضير الإيثرات من خلال طريقة ويليامسون أي عن طريق الإزاحة المحبة للنواة على هاليدات الألكيل أو الكبريتات. نظام أكسيد الفضة / هاليد الألكيل فعال أيضًا ولا يمكن تحديد الاختلافات العديدة في تفاعلات تشكيل الإيثر. يحدث انقسام إثيرات الألكيل البسيطة بواسطة الأحماض فقط في ظل ظروف قاسية لذلك فقد تمّ استخدامها بشكل أساسي ليس كمجموعات حماية ولكن كوسيلة للتشغيل للحصول على خصائص أكثر ملاءمة للتقنيات التحليلية.

في المحاليل الأكثر تركيزًا يحدث تفاعل ويليامسون بين الجزيئات لإعطاء برومو ألكوكسي إيثر وتؤدي التفاعلات المستمرة من هذا النوع إلى تكوين إثيرات طويلة السلسلة.

تحضير الإيثرات الحلقية:

يمكن تحضير الإيثرات الحلقية عن طريق تفاعل (SN2) داخل الجزيء لكحول بديل هالوجين مثل كحول البرومو. نقل البروتون إلى قاعدة مثل هيدروكسيد الصوديوم ويعطي البرومو ألكوكسيد. إذا كان المحلول مخففًا يعمل الألكوكسيد كملف نيوكليوفيل ويؤدي التفاعل داخل الجزيء إلى إزاحة أيون بروميد.

يُفضل حدوث التفاعل داخل الجزيء في المحلول المخفف لأنّه من الدرجة الأولى. يكون التفاعل بين الجزيئات المتنافسة من الدرجة الثانية وينخفض ​​معدل التفاعل بمقدار مربع التركيز وفي محلول مخفف من برومو ألكوكسيد ينخفض ​​معدل التفاعل بين الجزيئات بسرعة أكبر من معدل التفاعل داخل الجزيء.

للتغلب على الصعوبات المصادفة في تطبيق إثيرات الألكيل البسيطة فقد تمّ إدخال متغيرات الأثير المستبدلة بشكل مناسب وتمّ تطوير العديد من هذه الأنظمة بواسطة كوري وبوك وهي تُستخدم حاليًا على نطاق واسع في تصنيع المنتجات الطبيعية.

بشكل عام تحمي هذه المجموعات وظائف الهيدروكسي كأسيتات لا حلقية ويتم اشتقاق أكثرها شيوعًا من الفورمالديهايد ويتم تصنيعها عن طريق تفاعل ويليامسون مع هالوميثيل ألكيل إيثر ووفقًا لهذه الطريقة تتشكل إثيرات الميثوكسي ميثيل (MOM) في عوائد تتراوح من (80 إلى 86٪).

يمكن الحصول عليها بشكل بديل من فورمالديهايد ثنائي ميثيل أسيتال عن طريق تحويل الأسيتال. تتم إزالة مجموعة (MOM) بسهولة في ظل الظروف الحمضية أو مرة أخرى عن طريق التحويل باستخدام يمكن إدخال مجموعات ((benzyloxymethyl (BOM) و(t-butyloxymethyl) بالمثل ويتم شق مجموعة (BOM) بواسطة التحلل الهيدروجيني أو مع الصوديوم في الأمونيا ويتحلل (t-butyl acetal hydrolyzes) بسهولة في حمض (trifluoroacetic) المائي.

تحضير إيثرات السليلوز:

 يمكن تحضير إيثرات السليلوز بطرق مختلفة مثل استخدام طريقة ويليامسون الشائعة لتحضير الإيثرات مع هاليدات الألكيل في وجود قاعدة قوية. غالبًا ما يستخدم هذا الإجراء لتقديم وظائف الكربوكسيل (O-carboxymethylcellulose (CMC) أو مجموعات الهيدروكسيل (3-hydroxypropylcellulose (HPC) و (2-hydroxyethylcellulose (HEC).

إنّ امتصاص ألكوكسيسيلان على ألياف السليلوز يبشر أيضًا بتعديل سطح السليلوز. تحتوي الصيغة الأساسية لعوامل اقتران السيلان المستخدمة على مجموعة وظيفية عضوية على جانب واحد من السلسلة ومجموعة ألكوكسي على الجانب الآخر. وتيفر هذه الطريقة إمكانية دمج الألياف السليلوزية داخل مصفوفة بولي ألكين من أجل تطوير المواد المركبة.

تتكون عائلة مهمة من مجموعات حماية الأثير المتغير الحمضي من مجموعة (trityl) ومتغيراتها البديلة ونظرًا لارتفاع الطلب عليها تُستخدم إيثرات (trityl) بشكل أساسي لإخفاء الكحوليات الأولية بشكل انتقائي في وجود الكحوليات الثانوية وبالتالي فإنّ المجالات الرئيسية لتطبيقها هي كيمياء الكربوهيدرات والنيوكليوتيدات وهكذا، في وجود البيريدين يتفاعل كلوريد تريتل بشكل انتقائي مع مجموعة (6-OH) من الجلوكوز ويمكن أيضًا استبدال السكريات الأحادية والثنائية الأخرى بشكل انتقائي.

يتم أيضًا تقديم وظيفة الحماية باستخدام مجموعة متنوعة من الكواشف الأخرى ومن أمثلة هذه الكواشف: (tetrafluoroborate) تتفاعل هذه الكواشف بشكل خاص مع انتقائية عالية للركيزة وتسمح بالحماية في ظل ظروف محايدة وتتم إزالة مجموعة (trityl) بمساعدة الأحماض المعدنية وأحماض لويس (ZnCl₂) وعلى الرغم من أنّ ظروف إزالة (trityl) لا يمكن وصفها بأنّها قاسية إلا أنّها لم تكن خفيفة بما يكفي لمنع التحلل المائي لروابط (N-glycosidic) عندما تمّ استخدام مجموعة الحماية هذه لحماية مجموعة (5′-OH) من نيوكليوسيدات البيورين لذلك فقد قدّم (Khorana) مجموعات (monomethoxytrityl ) و(dimethoxytrityl) والتي يتم تطبيقها على نطاق واسع في كيمياء النوكليوتيدات.

تؤدي إضافة كل بدائل (p-methoxy) إلى زيادة معدل التحلل المائي بمقدار درجة واحدة تقريبًا. إنّ (Mmt) و(Dmt ether) هما أكثر مجموعات الحماية فائدة لأنّها ليست حساسة ولكن في نفس الوقت يتم إزالتها بسهولة. البديل المثير للاهتمام لمجموعة (trityl) والمناسب أيضًا لحجب الهيدروكسيس الأولي هو مجموعة (tritylon) إنّه أكثر ثباتًا تجاه الأحماض ولكنّه قابل للإزالة باستخدام الهيدرازين في تفاعل مثير للإزالة.

تمثل إيثرات ميثيل ثيوميثيل (MTM)، المطبقة بشكل رئيسي في تصنيع المنتجات الطبيعية، ثيوأسيتالس من الفورمالديهايد. تتشكل هذه الإيثرات مرة أخرى من خلال تفاعلات من نوع ويليامسون ومع ذلك، يجب تحويل أسيتال كلورو ميثيل في الموقع إلى يوديد أو تنشيطه باستخدام أيونات (Ag) وتتكون الطرق الأخرى لإدخال (MTM) من إعادة ترتيب (Pummerer) مع ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) وأسيتيك أنهيدريد أو معالجة الكحول المعني مع ثنائي ميثيل كبريتيد في وجود من بيروكسيد ثنائي بنزويل.