เบนซิล: เบนซิลไฮโดรเจน, คาร์โบเคชั่น, อนุมูลเบนซิล - เคมี - 2026

เบนซิลเบนซิลหรือเป็นกลุ่มแทนที่ในอินทรีย์เคมีทั่วไปที่มีสูตรคือ C ₆ H ₅ CH ₂ - หรือพันล้าน โครงสร้างมันประกอบด้วยเพียงของสหภาพของกลุ่มเมทิลีน, CH ₂กับกลุ่ม phenyl, C ₆ H ₅ ; นั่นคือคาร์บอน sp ^{3 ที่}เชื่อมโยงโดยตรงกับวงแหวนเบนซิน

ดังนั้นจึงสามารถมองเห็นหมู่เบนซิลเป็นวงแหวนอะโรมาติกที่ติดอยู่กับโซ่ขนาดเล็ก ในบางตำราแนะนำให้ใช้ตัวย่อ Bn แทน C ₆ H ₅ CH ₂ - ซึ่งจำได้ง่ายในสารประกอบใด ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันติดอยู่กับอะตอมออกซิเจนหรือไนโตรเจน O-Bn หรือ NBn ₂ตามลำดับ

กลุ่มเบนซิล ที่มา: IngerAlHaosului

กลุ่มนี้ยังพบโดยปริยายในสารประกอบที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายหลายชนิด ตัวอย่างเช่นกรดเบนโซอิก C ₆ H ₅ COOH อาจถือได้ว่าเป็นเบนซิลที่คาร์บอน sp ³ได้รับการออกซิเดชั่นอย่างหมดจด หรือเบนซาลดีไฮด์ C ₆ H ₅ CHO จากการเกิดออกซิเดชันบางส่วน และเบนซิลแอลกอฮอล์ C ₆ H ₅ CH ₂ OH แม้จะถูกออกซิไดซ์น้อยกว่า

อีกตัวอย่างหนึ่งที่ชัดเจนของกลุ่มนี้สามารถพบได้ในโทลูอีน C ₆ H ₅ CH ₃ซึ่งอาจได้รับปฏิกิริยาจำนวนหนึ่งอันเป็นผลมาจากความเสถียรที่ผิดปกติซึ่งเป็นผลมาจากอนุมูลของเบนซิลหรือคาร์โบเคชั่น อย่างไรก็ตามกลุ่มเบนซิลทำหน้าที่ป้องกันหมู่ OH หรือ NH ₂จากปฏิกิริยาที่ดัดแปลงผลิตภัณฑ์ให้สังเคราะห์อย่างไม่เหมาะสม

ตัวอย่างของสารประกอบที่มีกลุ่มเบนซิล

สารประกอบกลุ่มเบนซิล ที่มา: Jü

ในภาพแรกการแสดงทั่วไปของสารประกอบที่มีกลุ่มเบนซิลถูกแสดง: C ₆ H ₅ CH ₂ -R โดยที่ R สามารถเป็นส่วนของโมเลกุลหรืออะตอมอื่น ๆ ดังนั้นโดยการแปรผัน R จึงสามารถหาตัวอย่างจำนวนมากได้ เรียบง่ายบางอย่างสำหรับพื้นที่เฉพาะของโครงสร้างหรือชุดประกอบขนาดใหญ่

ตัวอย่างเช่นเบนซิลแอลกอฮอล์ได้มาจากการแทนที่ OH สำหรับ R: C ₆ H ₅ CH ₂ -OH ถ้าแทน OH เป็น NH ₂กลุ่มแล้วสารประกอบ benzylamine ที่เกิดขึ้น: C ₆ H ₅ CH ₂ -NH 2

ถ้า Br เป็นอะตอมที่มาแทนที่ R สารประกอบที่ได้คือเบนซิลโบรไมด์: C ₆ H ₅ CH ₂ -Br; R สำหรับ CO ₂ Cl ก่อให้เกิดเอสเทอร์เบนซิลคลอโรคาร์บอเนต (หรือคาร์โบเบนซิลคลอไรด์) และ OCH ₃ก่อให้เกิดอีเทอร์เบนซิลเมธิล, C ₆ H ₅ CH ₂ -OCH 3

รวม (แม้ว่าจะไม่ถูกต้องทั้งหมด), R สามารถสันนิษฐานได้ด้วยอิเล็กตรอนตัวเดียว: เบนซิลหัวรุนแรง, C ₆ H ₅ CH ₂ ·ผลิตภัณฑ์จากการปลดปล่อยของอนุมูล R · อีกตัวอย่างหนึ่งแม้ว่าจะไม่รวมอยู่ในภาพคือ phenylacetonitrile หรือ benzyl cyanide, C ₆ H ₅ CH ₂ -CN

มีสารประกอบที่กลุ่มเบนซิลแทบจะไม่แสดงถึงพื้นที่เฉพาะ ในกรณีนี้ตัวย่อ Bn มักใช้เพื่อลดความซับซ้อนของโครงสร้างและภาพประกอบ

เบนซิลไฮโดรเจน

สารประกอบข้างต้นมีเหมือนกันไม่เพียง แต่วงแหวนอะโรมาติกหรือฟีนิลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงไฮโดรเจนของเบนไซลิกด้วย เหล่านี้เป็นคนที่อยู่ใน SP ³คาร์บอน

ไฮโดรเจนดังกล่าวสามารถแสดงเป็น: BN-CH ₃ , Bn-CH ₂ R หรือ BN-CHR 2 สารประกอบ Bn-CR ₃ขาดเบนซิลไฮโดรเจนดังนั้นการเกิดปฏิกิริยาจึงน้อยกว่าสารประกอบอื่น ๆ

ไฮโดรเจนเหล่านี้มีความแตกต่างจากผู้ที่มักจะแนบไปกับ SP ³คาร์บอน

ตัวอย่างเช่นพิจารณามีเทน CH ₄ซึ่งสามารถเขียนเป็น CH ₃ -H ได้เช่นกัน เพื่อให้พันธะ CH ₃ -H แตกในความแตกแยกของ heterolytic (การก่อตัวของอนุมูลอิสระ) ต้องให้พลังงานจำนวนหนึ่ง (104kJ / mol)

อย่างไรก็ตามพลังงานสำหรับการแตกของพันธะ C ₆ H ₅ CH ₂ -H แบบเดียวกันนั้นต่ำกว่าเมื่อเทียบกับมีเทน (85 kJ / mol) เนื่องจากพลังงานต่ำกว่าแสดงว่าอนุมูล C ₆ H ₅ CH ₂ ·เสถียรกว่า CH ₃ · สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับระดับที่มากขึ้นหรือน้อยลงกับเบนไซลิกไฮโดรเจนอื่น ๆ

ด้วยเหตุนี้เบนไซลิกไฮโดรเจนจึงมีปฏิกิริยาในการสร้างอนุมูลหรือคาร์โบเคชั่นที่เสถียรมากกว่าที่เกิดจากไฮโดรเจนอื่น ๆ ทำไม? คำถามมีคำตอบในหัวข้อถัดไป

คาร์โบเคชั่นและอนุมูลเบนซิล

หัวรุนแรง C ₆ H ₅ CH ₂ ·ได้รับการพิจารณาแล้วหายไป carbocation benzyl: C ₆ H ₅ CH ₂ +ในครั้งแรกมีอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่และโดดเดี่ยวและในครั้งที่สองมีข้อบกพร่องทางอิเล็กทรอนิกส์ ทั้งสองชนิดมีปฏิกิริยาสูงและเป็นตัวแทนของสารประกอบชั่วคราวที่ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยาเกิดขึ้น

คาร์บอน sp ³หลังจากสูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งหรือสองตัวเพื่อสร้างอนุมูลอิสระหรือคาร์โบเบสต์ตามลำดับสามารถใช้การผสมพันธ์sp ² (ระนาบตรีโกณมิติ) ในลักษณะที่มีการขับไล่ระหว่างกลุ่มอิเล็กทรอนิกส์น้อยที่สุด แต่ถ้าเกิดเป็น sp ²เหมือนกับคาร์บอนแหวนอะโรมาติกจะเกิดการผันได้หรือไม่? คำตอบคือใช่

เรโซแนนซ์ในกลุ่มเบนซิล

การผันคำกริยาหรือการสั่นพ้องนี้เป็นปัจจัยสำคัญในการอธิบายความเสถียรของสิ่งมีชีวิตที่ได้จากเบนซิลหรือเบนซิลเหล่านี้ ภาพต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์ดังกล่าว:

การผันคำกริยาหรือการสั่นพ้องในกลุ่มเบนซิล ไฮโดรเจนอื่น ๆ ถูกละเว้นเพื่อทำให้ภาพง่ายขึ้น ที่มา: Gabriel Bolívar

สังเกตว่าที่หนึ่งในไฮโดรเจนของเบนไซลิกอยู่มี p ออร์บิทัลที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ (หัวรุนแรง, 1e ^- ) หรือว่างเปล่า (คาร์โบเคชั่น, +) ดังที่เห็นได้ p ออร์บิทัลนี้ขนานกับระบบอะโรมาติก (วงกลมสีเทาและสีฟ้าอ่อน) โดยลูกศรคู่จะแสดงจุดเริ่มต้นของการผันคำกริยา

ดังนั้นทั้งอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่และประจุบวกสามารถถ่ายโอนหรือกระจายผ่านวงแหวนอะโรมาติกได้เนื่องจากความขนานกันของออร์บิทัลของพวกมันสนับสนุนในทางเรขาคณิต อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้ไม่ได้อยู่ในวงโคจรใด ๆ ของวงแหวนอะโรมาติก เฉพาะในผู้ที่เป็นคาร์บอนในออร์โธและพาราตำแหน่งที่เกี่ยวกับ CH 2

นั่นคือเหตุผลที่วงกลมสีฟ้าอ่อนโดดเด่นเหนือวงกลมสีเทา: ในนั้นความหนาแน่นเชิงลบหรือเชิงบวกของหัวรุนแรงหรือคาร์บอเนตจะเข้มข้นตามลำดับ

อนุมูลอื่น ๆ

ควรกล่าวว่าการผันคำกริยาหรือการสั่นพ้องนี้ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ที่คาร์บอน sp ^{3 ซึ่ง}อยู่ห่างจากวงแหวนอะโรมาติกมากขึ้น

ตัวอย่างเช่นอนุมูล C ₆ H ₅ CH ₂ CH ₂ ·มีความไม่เสถียรมากกว่ามากเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ไม่สามารถเชื่อมต่อกับวงแหวนได้เนื่องจากกลุ่ม CH _{2 ที่}เข้ามาแทรกแซงและการผสมกันของsp ³ เดียวกันเป็นจริงสำหรับ C ₆ H ₅ CH ₂ CH ₂ +

ปฏิกิริยา

โดยสรุป: เบนไซลิกไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยาไม่ว่าจะก่อให้เกิดอนุมูลอิสระหรือคาร์บอเนตซึ่งจะทำให้เกิดผลสุดท้ายของปฏิกิริยา ดังนั้นพวกเขาตอบสนองผ่าน SN ₁กลไก

ตัวอย่างคือโบรมีนของโทลูอีนภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลต:

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

ในความเป็นจริงในปฏิกิริยานี้เกิดอนุมูล Br ·

ในทางกลับกันกลุ่มเบนซิลเองทำปฏิกิริยาเพื่อป้องกันหมู่ OH หรือ NH ₂ในปฏิกิริยาการแทนที่อย่างง่าย ดังนั้นแอลกอฮอล์ ROH สามารถ 'เบนซิล' โดยใช้เบนซิลโบรไมด์และรีเอเจนต์อื่น ๆ (KOH หรือ NaH):

ROH + BnBr => ROBn + HBr

ROBn เป็นเบนซิลอีเธอร์ซึ่งสามารถส่งคืนกลุ่ม OH เริ่มต้นได้หากอยู่ภายใต้ตัวกลางที่ลดลง อีเทอร์นี้ไม่ควรเปลี่ยนแปลงในขณะที่ปฏิกิริยาอื่น ๆ เกิดขึ้นกับสารประกอบ

อ้างอิง

1. Morrison, RT และ Boyd, RN (1987) เคมีอินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่ 5). Addison-Wesley Iberoamericana
2. แครี่, FA (2008). เคมีอินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่ 6). McGraw-Hill, Interamerica, Editores SA
3. Graham Solomons TW, Craig B.Fryhle (2011) เคมีอินทรีย์. เอมีน (พิมพ์ครั้งที่ 10.). ไวลีย์พลัส
4. วิกิพีเดีย (2019) กลุ่มเบนซิล สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
5. ดร. โดนัลด์แอลโรเบิร์ตสัน (5 ธันวาคม 2553). ฟีนิลหรือเบนซิล? กู้คืนจาก: home.miracosta.edu
6. Gamini Gunawardena. (2558, 12 ตุลาคม). Benzylic Carbocation เคมี LibreTexts สืบค้นจาก: chem.libretexts.org