บทที่ 3 Aldehyde and Ketone

บทท่ี 3 แอลดีไฮด(และคีโตน (Aldehyde and Ketone) แผนการสอนประจำบท เนือ้ หาประจำบท 3.1 โครงสร*างของแอลดีไฮดแ4 ละคโี ตน 3.2 ประโยชน4ของแอลดไี ฮดแ4 ละคีโตน 3.3 สมบตั ิทางกายภาพของแอลดีไฮดแ4 ละคีโตน 3.4 การอEานชือ่ ของแอลดไี ฮด4และคีโตน 3.5 การสังเคราะหแ4 อลดีไฮดแ4 ละคโี ตน 3.6 ปฏิกริ ยิ าของแอลดีไฮดแ4 ละคีโตน 3.7 แบบฝกO หดั เสรมิ ความเขา* ใจ วัตถปุ ระสงคก8 ารเรียนรป=ู ระจำบท เพอ่ื ใหเ* ข*าใจลกั ษณะทัว่ ไป และคณุ สมบตั ทิ างกายภาพของแอลดไี ฮด4และคโี ตน เพ่อื ให*สามารถอาE นชื่อของแอลดีไฮด4และคีโตนจากสตู รโครงสรา* ง และเขียนสูตรโครงสรา* งจากช่ือได* เพื่อใหเ* ข*าใจปฏกิ ิรยิ าของแอลดไี ฮดแ4 ละคีโตน วิธีการสอนและกิจกรรมการเรยี นการสอนประจำบท บรรยายผาE นระบบออนไลน4 google meet, google classroom, Microsoft team และ BUU LMS ตอบข*อซกั ถามของผ*เู รยี น การถาม-ตอบระหวEางผ*ูสอนและผเู* รียน ให*ผเ*ู รียนทำแบบฝOกหัด สื่อการเรียนการสอน เอกสารประกอบคำสอนรายวชิ า 30322463 เคมอี ินทรีย4 2 (สำหรบั นิสติ เภสัชศาสตร4) คอมพวิ เตอร4 ไอแพด และ Power Point การวัดผลและประเมินผล แบบฝกO หัด และขอ* สอบ สังเกตความสนใจของผเ*ู รียน และการแสดงความคิดเหน็ ของผู*เรียน

บทท่ี 3 แอลดไี ฮด8และคีโตน 3.1 โครงสร*างของแอลดีไฮดแ4 ละคีโตน (Structure of Aldehyde and Ketone) แอลดีไฮด4 (aldehyde) และ คโี ตน (ketone) เปน{ สารอินทรีย4ทมี่ หี มฟูE ง} กช4 นั คอื หมคEู ารบ4 อนลิ (carbonyl group, C=O) โดยคาร4บอนของหมูคE าร4บอนิลมีหมเEู กาะได* 2 หมEู แบงE เป{นประเภทของสารอนิ ทรีย4ได*ดังน้ี • ฟอรม4 าดีไฮด4 (formaldehyde) เปน{ aldehyde ทตี่ วั เล็กท่ีสุด ท้ังสองหมEทู เ่ี กาะอยูEกบั คาร4บอนอะตอม ของหมูคE าร4บอนิลเป{นไฮโดรเจนอะตอม มีสตู รทั่วไปคอื CH2O • Aldehyde มหี มแูE อลคิล (-R) หรือเอรลิ (-Ar) เกาะกับคาร4บอนของหมEคู าร4บอนลิ พยี ง 1 หมูE สวE นอกี 1 หมูเE ป{นไฮโดรเจนอะตอม มสี ูตรทัว่ ไปคอื RCHO • Ketone มหี มแูE อลคิล (-R) หรอื เอรลิ (-Ar) เกาะกบั คารบ4 อนของหมคEู าร4บอนิลทงั้ 2 หมEู มสี ูตรทวั่ ไปคือ RCOR’ ดงั รูปท่ี 3-1 O O O O C C C C HH RH R R' carbonyl formadehyde aldehyde ketone CH2O RCHO RCOR' รูปที่ 3-1 หมูEคาร4บอนลิ โครงสร*างของแอลดีไฮด4และคีโตน ประกอบดว* ยพนั ธะคขEู องหมEูคาร4บอนิล (C=O) ท่เี กดิ จาก 1 พันธะซิกมEา (s-bond) และ 1 พันธะไพ (p-bond) เหมอื นกบั พันธะคูEของแอลคนี (C=C) คารบ4 อนของหมคูE ารบ4 อนลิ เปน{ ชนิด sp2 ไฮบริไดซ4คารบ4 อน (sp2-hydridized carbon) รปู ราE งเป{นสามเหลี่ยมแบนราบ (trigonal planar) และมีมุม พันธะ 120o เชEนเดียวกับแอลคีน แตแE ตกตEางจากแอลคนี คือ ความยาวพันธะ (bond length) ความแขง็ แรงของ พันธะ (bond strength) และความมขี วั้ ของพันธะ (polarity) จะมากกวEาพนั ธะคขูE องแอลคนี นอกจากนกี้ ารซ*อน เหลย่ี ม (overlap) ของ p-ออร4บิทลั จะเกดิ ระหวาE ง p-ออร4บิทัลของคาร4บอนอะตอมกับ p-ออร4บิทัลของออกซเิ จน อะตอม โดยออกซเิ จนมอี ิเล็กตรอนคEูโดดเด่ยี ว (lone-pair electron) อีก 2 คูE (รปู ท่ี 3-2a) a. ketone alkene b. δ+ δ- R CO CC R CO R O length 1.23 A 1.34 A C120o CO R R1' 20o energy 745 kJ/mol 611 kJ/mol R minor major c. O O Cl O H C CH3 C HCH H3C CH3 H3C CH3 μ = 2.7 D H μ = 1.3 D acetaldehyde μ = 2.9 D μ = 1.9 D dimethyl ether acetone chloromethane รูปที่ 3-2 โครงสร*างและความมีข้ัวของแอลดไี ฮดแ4 ละคีโตนเทยี บกับสารอินทรียอ4 ่ืน ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศิริอ/อน ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 58

บทที่ 3 แอลดีไฮด8และคีโตน พนั ธะคEูของหมูคE ารบ4 อนิลเป{นพันธะมีข้ัว โดยข้วั จะไปในทิศทางออกซิเจนอะตอม เนือ่ งจากมีคาE อเิ ล็กโตร เนกาตวิ ิต้ี (electronegativity, EN) มากวEาคารบ4 อนอะตอม ทำใหค* าร4บอนมีความหนาแนEนของอิเล็กตรอนลดลง มี สภาพเปน{ ขว้ั บวก (partial positive charge, d+) (รูปท่ี 3-2b) โดยเมื่อเปรยี บเทียบกบั สารอนิ ทรีย4อ่ืนๆ พบวEาแอล ดไี ฮดแ4 ละคโี ตนมขี ั้ว (dipole moment) มากกวาE แอลคิลเฮไลด4 (alkyl halide) และอีเทอร4 (ether) (รูปท่ี 3-2c) 3.2 ประโยชน4ของแอลดไี ฮดแ4 ละคโี ตน สารอินทรยี ท4 ่พี บในธรรมชาตหิ ลายชนิดเปน{ สารประกอบประเภทแอลดไี ฮดแ4 ละคโี ตน โดยสวE นใหญEเป{นน้ำ มนั หอมระเหยและเปน{ สารทใ่ี หก* ลิ่นเฉพาะตวั เชEน เบนซาลดไี ฮด4 (benzaldehyde) พบในเมล็ดแอลมอนด4 วานลิ นี (vaniline) พบในเมล็ดวานลิ า ซ่งึ ใชเ* ปน{ สารใหก* ล่นิ วานิลา และซนิ นามาลดไี ฮด4 (cinamaldehyde) พบในอบเชย คาร4โวน (carvone) พบในตน* สะระแหนE (spearmint oil) และการบรู (camphor) ไดจ* ากต*นการบรู ใชเ* ปน{ สารไลE แมลง เปน{ สวE นผสมของยาดม ยาหมอE ง และเคร่ืองสำอาง เปน{ ต*น แสดงโครงสร*างดังรูปที่ 3-3 นอกจากนฟี้ อรม4 าลดไี ฮด4 (formaldehyde) ซงึ่ เป{นแอลดไี ฮด4ตัวเลก็ ที่สดุ และละลายน้ำไดด* ี ถูกนำมาใช* ในการเตรยี มสารฟอร4มาลีน (formalin, 40% formaldehyde) สำหรับใชด* องสตั ว4เพือ่ ไมใE ห*เนาE เปอ–• ย และใชเ* ป{น สารต้งั ตน* ในอุตสาหกรรมส่งิ ทอ ฉนวน และใช*เปน{ ตวั ทำละลายในอตุ สาหกรรมพลาสติก เป{นตน* แตEอยาE งไรก็ตาม ฟอร4มาลีนมีความเป{นพิษ ทำให*ระคายเคือง ปวดศีรษะ และทำให*มึนงงได* สEวนอะซีโตน (acetone) เป{นคโี ตนทตี่ ัว เล็กสุด และละลายน้ำไดด* ี มีลักษณะเปน{ ของเหลวใสไมมE สี ี มีกล่ินเฉพาะตวั ละลายสารอินทรียไ4 ด*ดี จึงนำไปใช*เป{น ตัวทำละลาย แสดงโครงสร*างดังรูปท่ี 3-3 O O H3CO O H H H benzaldehyde cinamaldehyde HO vanilin O O O O CH3 camphor HH H3C CH3 formaldehyde H3C acetone CH2 carvone รูปท่ี 3-3 สารประกอบแอลดีไฮด4และคโี ตน 3.3 สมบัติทางกายภาพของแอลดไี ฮดแ4 ละคีโตน (Physical Properties) 3.3.1 จุดเดอื ด (boiling point, bp.) แอลดไี ฮดแ4 ละคีโตนเปน{ โมเลกุลมีขว้ั มแี รงยดึ เหน่ียวระหวEางโมเลกลุ เป{นแรงระหวาE งข้วั (dipole-dipole interaction) ทำใหแ* อลดไี ฮดแ4 ละคโี ตนมีจุดเดือดสงู กวEาสารประกอบไฮโดรคาร4บอนท่ีไมEมขี วั้ เชEน แอลเคน แอลคนี แอลไคน4 หรือมขี ้วั ตำ่ เชนE แอลคลิ เฮไลด4 และอีเทอร4 แตจE ุดเดอื ดของแอลดีไฮด4และคีโตนจะต่ำกวาE แอลกอฮอล4ทม่ี ี ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 59

บทท่ี 3 แอลดไี ฮด8และคโี ตน จำนวนคารบ4 อนใกล*เคยี งกัน เนื่องจากแอลกอฮอล4มีแรงยึดเหน่ยี วระหวEางโมเลกลุ เป{นพันธะไฮโดรเจน (hydrogen bonding) ซึ่งแขง็ แรงมากกวEาแรงระหวาE งขั้ว โดยเปรียบเทียบจุดเดอื ดของแอลดีไฮด4และคีโตนกับสารอนิ ทรยี 4อนื่ ๆ ดังรปู ที่ 3-4 O O CH3CH2CH2 OH CH3 O CH3 CH3CH2CH2CH3 CH3CH2 C H CH3 C CH3 1-propanol methoxyethane butane propanal acetone Mw = 60 Mw = 60 Mw = 58 Mw = 58 Mw = 58 bp 97 oC bp 8 oC bp 0 oC bp 49 oC bp 56 oC รูปท่ี 3-4 จดุ เดือดของแอลดีไฮด4และคีโตนเปรยี บเทียบกับสารอนิ ทรยี อ4 นื่ ๆ 3.3.2 การละลาย (solubility) ถงึ แม*วาE แอลดไี ฮดแ4 ละคีโตนไมEมแี รงยดึ เหนี่ยวระหวาE งโมเลกลุ เป{น hydrogen bonding แตEแอลดไี ฮด4และ คโี ตนมี lone-pair electron บนออกซิเจนอะตอมที่สามารถเกิด hydrogen bonding กับโมเลกลุ ทมี่ พี นั ธะ O-H และ N-H ได* เชนE โมเลกุลของนำ้ แอลกอฮอล4 และเอมีน โดยการเกิด hydrogen bonding ระหวEางแอลดีไฮดห4 รอื คีโตนกบั โมเลกลุ ของน้ำ ทำให*แอลดีไฮด4และคีโตนที่มีโมเลกลุ ขนาดเล็กสามารถละลายน้ำได* (water solubility) ซึ่ง การละลายน้ำของแอลดไี ฮดแ4 ละคโี ตนจะต่ำลงเม่อื โมเลกุลมขี นาดใหญขE ้ึน ดงั รปู ท่ี 3-5 δ− hydrogen bonding δ+ O δ+ HH δ− O δ+C R H(R') รูปที่ 3-5 แสดงการเกดิ พันธะ hydrogen bonding ระหวาE งแอลดไี ฮดห4 รือคีโตนกบั โมเลกุลของน้ำ ฟอรม4 าดีไฮด4 (formaldehyde) เป{นแอลดไี ฮด4ท่ีตวั เลก็ ที่สุด มสี ถานะแก—สทอี่ ุณหภมู ิห*อง เม่ือละลายนำ้ จะ อยใEู นรปู ของฟอรม4 าลนี (formalin) โดยฟอร4มาดีไฮดท4 ปี่ ราศจากน้ำ (dry formaldehyde) สามารถเตรยี มได*จาก ไตรออกเซน (trioxane, cyclic trimer) หรอื พาราฟอรม4 าดไี ฮด4 (paraformaldehyde, linear polymer) โดยการ ให*ความรอ* น ดังรูปท่ี 3-6 HH C heat O heat HHHH OO HCH COCOCOCO formaldehyde HHHH H COC H bp -21 oC H H paraformaldehyde H2O trioxane, mp 62 oC HO OH HC H formalin รปู ท่ี 3-6 แสดงการเกดิ formalin และการเตรียม formaldehyde ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศริ อิ /อน ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 60

บทท่ี 3 แอลดีไฮดแ8 ละคโี ตน 3.4 การอา) นช่ือของแอลดีไฮดแ6 ละคีโตน (Nomenclature of Aldehyde and Ketone) การอEานชื่อของแอลดไี ฮดแ4 ละคโี ตน มีระบบการอEานชอื่ 2 ระบบ คอื การอาE นชื่อแบบสามญั (common name) และการอาE นชือ่ ตามระบบไอยูแพค (IUPAC name) รายละเอียดดังนี้ 3.4.1 การอ\\านช่ือแบบสามัญ (common name) นยิ มใช*เรยี กชือ่ แอลดีไฮด4และคีโตนท่ีมจี ำนวนคาร4บอนนอ* ยๆ โครงสรา* งไมซE ับซอ* น ดังน้ี 1) ชื่อสามญั ของแอลดีไฮด4 (common name of aldehyde) การอาE นช่อื common name ของแอลดีไฮด4จะมาจาก common name ของ carboxylic acid ทีม่ ี จำนวนคาร4บอนเทาE กนั (ตารางที่ 3.1) โดยการตัด -ic หรอื -oic acid ของ carboxylic acid ออก แล*วเตมิ คำวาE aldehyde ได*แกE - formic acid เป{น formaldehyde - acetic acid เป{น acetaldehyde - propionic acid เปน{ propionaldehyde - butyric acid เป{น butyraldehyde - benzoic acid เปน{ benzaldehyde ตารางท่ี 3.1 แสดงการอาE นชื่อ common name ของ aldehyde ท่ีไดจ* าก carboxylic acid Carboxylic Acid Derivation Aldehyde formica, \"ants\" O acetum, \"sour\" O H C OH protos pion, \"first fat\" HCH formic acid butyrum, \" butter\" formaldehyde (methanoic acid) (methanal) gum benzoin, \"blending\" O O CH3 C OH CH3 C H acetic acid acetaldehyde (ethanoic acid) (ethanal) O CH3CH2 C OH O CH3CH2 C H propionic acid propionaldehyde (propanoic acid) (propanal) O CH3CH2CH2 C OH O CH3CH2CH2 C H butyric acid (butanoic acid) butyraldehyde (butanal) O C O C OH H benzoic acid benzaldehyde ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศิริออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 61

บทที่ 3 แอลดไี ฮดแ8 ละคโี ตน ในการอาE นชอื่ ของแอลดไี ฮดท4 ีม่ ีหมูEแทนท่ใี นโครงสรา* งหลกั จะใชต* ัวอักษรกรีก (Greek letters, a, b, g…) ในการบอกตำแหนงE ของหมแูE ทนที่ โดยตำแหนEง a คือคาร4บอนอะตอมทต่ี ดิ กบั หมคEู ารบ4 อนิล (คาร4บอนตำแหนEงท่ี 2 ตามการอาE นชือ่ ตามระบบ IUPAC) และถัดไปเป{นตำแหนงE b, g… ตามลำดับ ดังตวั อยาE งรูปท่ี 3-7 O Br O CH3O CH2 CH2 C H CH3 CH2 CH C H βα γβα β-methoxypropionaldehyde α-bromobutyraldehyde รูปท่ี 3-7 ตัวอยEางการอEานชอื่ common name ของ aldehyde ที่มีหมูEแทนท่ี 2) ช่ือสามญั ของคโี ตน (common name of ketone) การอEานช่อื common name ของคีโตน จะเรยี กหมEแู อลคลิ (-R) ทงั้ สองข*างของหมคEู ารบ4 อนลิ กEอน และ ตามด*วยคำวาE ketone เชEน ethyl propyl ketone และ di-sec-butyl ketone เป{นต*น สวE นในกรณีที่คโี ตนที่มหี มูE แทนทใ่ี นโครงสร*างหลกั จะใช*ตัวอักษรกรีก (Greek letters, a, b, g…) ในการบอกตำแหนงE ของหมแEู ทนท่ี เชนE เดยี วกบั ของแอลดไี ฮด4 โดยตำแหนEง a คอื คารบ4 อนอะตอมท่ตี ดิ กับหมคEู ารบ4 อนลิ และถดั ไปเปน{ ตำแหนEง b, g… ตามลำดบั ดงั รูปที่ 3-8 O CH3 O CH3 Br O CH3CH2 C CH2CH2CH3 CH3CH2 CH C CH CH2CH3 CH3 CH2 CH C CH CH3 ethyl propyl ketone di-sec-butyl ketone γβα CH3 α-bromopropyl isopropyl ketone รปู ที่ 3-8 ตัวอยEางการอาE นชือ่ common name ของ ketone คีโตนบางชนดิ มชี ่อื ด้ังเดิม (historical common name) และนยิ มเรียกมากกวEา common name เชEน dimethyl ketone คือ acetone สวE น alkyl phenyl ketone นิยมเรยี กช่อื หมEู acyl group กอE น และตEอทา* ย (suffix) วาE -phenone เชEน acetophenone, propiophenone และ benzophenone เปน{ ตน* ดงั รูปที่ 3-9 O O O O CH3 C CH3 C C C CH3 CH2CH3 acetone acetophenone propiophenone benzophenone รปู ที่ 3-9 ตัวอยEางการอEานชือ่ historical common name ของ ketone 3.4.2 การอ\\านชือ่ ตามระบบไอยแู พค (IUPAC name) 1) การอEานชอื่ แอลดไี ฮดต4 ามระบบ IUPAC มขี ั้นตอนดงั นี้ ขั้นที่ 1 หาสายโซคE ารบ4 อนท่ยี าวท่สี ดุ ท่ีมหี มEคู าร4บอนลิ (C=O) ในสายโซE ขั้นที่ 2 อEานชือ่ สายโซEหลกั ตามแบบ alkane จากนน้ั ตัด -e ทา* ยชื่อออก แลว* แทนด*วย -al ขน้ั ท่ี 3 กำหนดตำแหนEงของคาร4บอนเปน{ ตวั เลข โดยให*คาร4บอนของหมคูE ารบ4 อนิลเป{นตำแหนงE ท่ี 1 เสมอ ดังนนั้ เม่ืออEานชอ่ื แอลดีไฮดจ4 ึงไมจE ำเป{นตอ* งบอกตำแหนEงของหมูคE ารบ4 อนลิ ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ ิออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 62

บทที่ 3 แอลดีไฮด8และคีโตน ขน้ั ที่ 4 การอEานชือ่ ของหมูแE ทนท่ี พจิ ารณาเชนE เดยี วกับการอาE นช่ือหมูEแทนทข่ี อง alkane ดงั น้ี § อาE นชื่อหมูแE ทนที่พร*อมระบตุ ำแหนงE วEางไว*หนา* ชื่อหลกั โดยใสEเคร่อื งหมายขดี (-) คั่นระหวEาง ตัวเลขกับตวั อกั ษร § ในกรณที ม่ี ีหมูEแทนทซ่ี ้ำมากกวาE 1 หมูE ให*ใช*คำวEา di, tri, tetra นำหน*าช่ือหมแูE ทนที่ เพื่อบอก จำนวนหมEแู ทนท่ี สำหรับ 2, 3, 4 ตามลำดบั พร*อมทงั้ ระบุตำแหนงE ของหมูEแทนทท่ี ุกตัว โดยใช* เคร่ืองหมายคอมมEา (,) คั่นระหวาE ตัวเลข § ในกรณีทีห่ มEูแทนที่ตEางกัน ให*อาE นชือ่ ตามลำดับตัวอกั ษรภาษาองั กฤษ สEวนในกรณีทีห่ มEูแอลดีไฮด4 (-CHO) อยบEู นโครงสร*างที่เป{นวง ให*อาE นช่อื โครงสร*างท่เี ปน{ วงกอE น และตาม ดว* ยคำวEา “carbaldehyde” โดยกำหนดใหค* ารบ4 อนบนวงทต่ี ดิ กับหมูEแอลดไี ฮด4 เป{นตำแหนงE ท่ี 1 เสมอ แสดงตัวอยEางการอEานช่ือแอลดีไฮด4ตามระบบ IUPAC ดังรูปที่ 3-10 O CH3 O CH3 O Br CH3 O CH3 C H 21 ethanal (acetaldehyde) CH3 CH CH2 C H CH3 CH CH2 CH C H CH3 CH2 CH CH C H 5 43 54 32 1 4 32 1 CH2CH3 3-methylbutanal 2-ethyl-4-methylpentanal 3-bromo-2-methylpentanal OH Ph 1 CHO 6 1 CHO 5 CH3 CH CH2 CHO 1 CHO 42 4 32 1 3 2 3-phenylbutanal cyclohexanecarbaldehyde 6-hydroxycyclohex-2-enecarbaldehyde cyclopent-2-enecarbaldehyde รปู ที่ 3-10 ตวั อยาE งการอาE นช่อื แอลดีไฮด4ตามระบบ IUPAC 2) การอาE นชอื่ คีโตนตามระบบ IUPAC มีข้ันตอนคล*ายกบั ของแอลดีไฮด4 ดงั นี้ ขั้นท่ี 1 หาสายโซคE ารบ4 อนที่ยาวที่สดุ ทม่ี หี มูคE ารบ4 อนลิ (C=O) ในสายโซE ขน้ั ท่ี 2 อาE นช่ือสายโซหE ลักตามแบบ alkane จากนัน้ ตดั -e ท*ายช่อื ออก แลว* แทนดว* ย -one ขน้ั ท่ี 3 กำหนดตำแหนงE ของคาร4บอน โดยใหค* าร4บอนของหมูEคารบ4 อนิลเปน{ ตำแหนEงต่ำสุด ในกรณีที่ หมEคู าร4บอนิลอยูบE นโครงสร*างทเี่ ป{นวง ใหค* ารบ4 อนของหมคEู ารบ4 อนลิ เปน{ ตำแหนงE ท่ี 1 เสมอ ขนั้ ท่ี 4 ระบตุ ำแหนEงของหมูคE ารบ4 อนิลเป{นตัวเลข วางไว*หนา* คำวาE -one โดยใช*เครอ่ื งหมายขีด (-) คนั่ ระหวาE งตวั เลขกบั ตัวอักษร ขั้นที่ 5 การอาE นชือ่ ของหมแEู ทนท่ี พจิ ารณาเชEนเดยี วกับการอEานชื่อหมEแู ทนท่ขี อง alkane ดังนี้ § อาE นชื่อหมแEู ทนทพ่ี ร*อมระบตุ ำแหนงE วางไวห* นา* ชือ่ หลัก โดยใสเE ครอื่ งหมายขดี (-) ค่ันระหวาE ง ตัวเลขกับตัวอกั ษร § ในกรณีที่มหี มEูแทนทซ่ี ้ำมากกวาE 1 หมEู ใหใ* ช*คำวEา di, tri, tetra นำหนา* ชอ่ื หมแู ทนที่ เพื่อบอก จำนวนหมแEู ทนที่ สำหรบั 2, 3, 4 ตามลำดับ พร*อมท้ังระบุตำแหนEงของหมูEแทนทีท่ กุ ตวั โดยใช* เครอ่ื งหมายคอมมาE (,) คน่ั ระหวาE ตวั เลข § ในกรณีทีห่ มูแE ทนที่ตEางกัน ใหอ* าE นชอ่ื ตามลำดับตัวอกั ษรภาษาองั กฤษ ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศริ ิออ/ น ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 63

บทที่ 3 แอลดีไฮดแ8 ละคีโตน แสดงตวั อยEางการอาE นช่ือคีโตนตามระบบ IUPAC ดังรปู ที่ 3-11 O O CH3 CH3 O O C CH2 CH2 CH3 CH3 C CH2 CH3 CH3 CH2 C CH CH3 CH3 CH CH2 C CH2 CH3 12 3 4 1 23 4 54 32 1 6 54 32 1 1-phenylbutan-1-one butan-2-one 2-methylpentan-3-one 5-methylhexan-3-one O CH3 O O O OH CH3 CH3 C CH2 CH CH3 12 1 25 1 23 4 5 CH3 CH CH CH2 C CH3 34 5 43 2 4-hydroxypentan-2-one 6 1 Br 2,2-dimethylcyclohexanone 4-bromocyclopent-2-enone hex-4-en-2-one รปู ท่ี 3-11 ตวั อยาE งการอEานชอื่ คีโตนตามระบบ IUPAC กรณที ีแ่ อลดีไฮดแ4 ละคโี ตนอยEูบนโครงสร*างสารอินทรีย4ท่มี หี มฟูE }งก4ชันอนื่ สำคญั กวEา ใหแ* อลดไี ฮดแ4 ละคีโตน เปน{ หมแูE ทนท่ี ใช*คำวEา oxo- สำหรบั คีโตน (C=O) และ formyl สำหรบั แอลดไี ฮด4 (-CHO) วางไว*ข*างหนา* พร*อม ระบตุ ำแหนEง โดยแอลดีไฮด4มีความสำคัญกวาE คโี ตน ดังน้ันในกรณีทมี่ ีทงั้ หมูEแอลดีไฮดแ4 ละคโี ตน ใหอ* าE นตามแอลดี ไฮด4 และให*คโี ตนเป{นหมEแู ทนที่ แสดงตวั อยาE งดงั รปู ที่ 3-12 O CH3 O CHO OO CH3 C CH CH2 C H COOH H C C CH2 COOH 2-formylbenzoic acid 4 32 1 5 43 2 1 3-methyl-4-oxopentanal 3,4-dioxobutanoic acid รูปท่ี 3-12 ตัวอยEางการอEานชอื่ แอลดีไฮดแ4 ละคโี ตนทเี่ ปน{ หมEูแทนท่ี 3.5 การสงั เคราะหแ4 อลดไี ฮดแ4 ละคีโตน (Synthesis of Aldehyde and Ketone) สารประกอบแอลดไี ฮดแ4 ละคีโตนสามารถเตรียมจากสารตัง้ ต*นได*หลายชนดิ ดังรายละเอยี ดตอE ไปนี้ 3.5.1 การเตรียมแอลดีไฮด8และคีโตนจากปฏกิ ริ ยิ าออกซิเดชนั ของแอลกอฮอล8 แอลดไี ฮดเ4 ตรียมไดจ* ากปฏิกิริยาออกซเิ ดชนั ของ 1o-alcohol สEวนคโี ตนเตรยี มได*จากปฏกิ ิรยิ าออกซิเดชัน ของ 2o-alcohol ดงั รปู ที่ 3-13 [O] O over-oxidation O [O] R CH2 OH RCH R C OH 1o alcohol aldehyde carboxylic acid R’ [O] O R CH OH R C R’ 2o alcohol ketone รูปท่ี 3-13 การเตรยี มแอลดีไฮดแ4 ละคีโตนจากปฏกิ ิริยาออกซเิ ดชนั ของแอลกอฮอล4 ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศิริออ/ น ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 64

บทที่ 3 แอลดไี ฮด8และคโี ตน ปฏิกริ ยิ าออกซเิ ดชนั ของ 1o-alcohol กบั ตวั ออกซไิ ดซท4 ่แี รง ได*แกE โพแทสเซยี มไดโครเมต (potassium dichromate, K2Cr2O7) หรือโพแทสเซียมเปอรแ4 มงกาเนต (potassiumpermanganate, KMnO4) ผลิตภัณฑ4จะไมE หยดุ แคEแอลดีไฮด4 แตสE ามารถเกดิ ตEอเปน{ กรดคารบ4 อกซิลกิ ดังนั้นจึงนิยมใชต* ัวออกซิไดซท4 ่ีออE นลงในการสงั เคราะห4 แอลดีไฮด4จาก 1o-alcohol ไดแ* กE พิรดิ ิเนยี มคลอโรโครเมท (pyridium chlorochromate, PCC) ในตัวทำละลาย ไดคลอโรมเี ทน (CH2Cl2) แสดงตวั อยาE งปฏกิ ริ ิยาการเตรียมแอลดีไฮด4จาก 1o-alcohol ด*วย PCC ดงั รปู ท่ี 3-14 CH2OH N H CrO3Cl CHO 1o alcohol (PCC) aldehyde CH2OH PCC CHO citronellol CH2Cl2 citronellol รปู ที่ 3-14 ตัวอยาE งปฏกิ ริ ยิ าการเตรยี มแอลดไี ฮด4จาก 1o-alcohol ด*วย PCC แอลดีไฮด4สามารถสงั เคราะห4ได*จากคีโตน โดยนำสารประกอบแอลดไี ฮด4ทำปฏกิ ริ ิยากับกรีนยารด4 รเี อเจนท4 (Grignard reagent, RMgX) ไดเ* ปน{ 2o-alcohol จากนนั้ ทำปฏิกิริยาออกซเิ ดชนั เปลีย่ น 2o-alcohol เปน{ ผลิตภณั ฑค4 โี ตน ดังรปู ที่ 3-15 O + R' MgX (1) ether OH Na2Cr2O7 O RCH Grignard (2) H3O R CH R' (or NaOCl) R C R' aldehyde 2o alcohol ketone รปู ที่ 3-15 การเตรยี มคีโตนจากแอลดีไฮด4 แสดงตัวอยEางการสังเคราะห4คีโตนจากแอลดไี ฮด4ผEานการเติม (addition) ดว* ยกรีนยารด4 รีเอเจนท4 และตาม ด*วยปฏิกิริยาออกซเิ ดชัน ดังรปู ที่ 3-16 โดยตัวออกซไิ ดซงิ เอเจนต4ท่ีนยิ มใชใ* นการออกซไิ ดซ4 2o-alcohol เป{นคโี ตน ไก*แกE กรดโครมกิ ได*จากโซเดียมไดโครเมตในกรดซัลฟ¡วริก (sodium dichloromate in sulfuric acid “chromic acid, H2Cr2O4) หรอื bleach (NaOCl) ท่ีมรี าคาถกู กวEาและปราศจากโครเมียม O (1) PhMgBr, ether OH H2CrO4 O CH (2) H3O+ CH (or NaOCl) C Ph aldehyde Ph ketone 2o alcohol รูปที่ 3-16 ตวั อยาE งการเตรยี มคโี ตนจากแอลดีไฮด4 3.5.2 การเตรยี มแอลดีไฮดแ8 ละคีโตนจากปฏกิ ริ ยิ าโอโซโนไลซิสของแอลคนี แอลดไี ฮด4และคโี ตนสามารถเตรียมไดจ* ากสารประกอบแอลคีน ผEานปฏกิ ริ ิยาโอโซโนไลซสิ (ozonolysis) โดยพนั ธะคขูE องแอลคนี จะแตกออกไดเ* ปน{ โอโซไนด4 (ozonide) ตามดว* ยปฏิกิริยารดี กั ชนั (mild reduction) ด*วย ไดเมทลิ ซัลไฟด4 (dimethyl sulfide) ได*แอลดีไฮด4และคีโตนเปน{ ผลติ ภณั ฑ4 ดงั รูปที่ 3-17 และตวั อยEางดังรปู ที่ 3-18 ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ ิออ/ น ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 65

บทที่ 3 แอลดไี ฮดแ8 ละคโี ตน R R' (1) O3 R O R’ (2) (CH3)2S R R' CC -78oC ’’R O O H CO + OC + (CH3)2S O R\" H ozonide R\" H alkene ketone aldehyde dimethyl sulfoxide (DMSO) รปู ที่ 3-17 การเตรียมแอลดีไฮดแ4 ละคโี ตนจากปฏกิ ริ ยิ าโอโซโนไลซิสของแอลคีน CH3 (1) O3, -78oC CH3 (2) (CH3)2S O O 1-methylcyclohexene H 6-oxoheptanal รูปที่ 3-18 ตวั อยEางการเตรียมแอลดไี ฮด4และคีโตนจากปฏิกริ ิยาโอโซโนไลซิสของแอลคีน 3.5.3 การเตรียมคีโตนจากปฏิกริ ิยาฟรีเดล-คราฟสเ8 อซลิ เลชนั ของอะโรมาตกิ คโี ตนชนิดแอลคิลเอริลคีโตน (alkyl aryl ketone) และ ไดเอรลิ คีโตน (diaryl ketone) สามารถเตรียมได* จากปฏิกริ ิยาฟรีเดล-คราฟสเ4 อซลิ เลชัน (Friedel-Crafts acylation) โดยใชส* ารตงั้ ต*นทีเ่ ปน{ เบนซีนและอนุพนั ธ4ของ เบนซนี ทีม่ ีหมEแู ทนทเ่ี ป{นหมูEให*อิเล็กตรอน (activating group) หรอื ฮาโลเจน (halogen group) ทำปฏิกริ ิยากับ แอลคิลคลอไรด4 (alkyl chloride) หรือเอรลิ คลอไรด4 (aryl chloride) ดงั รูปที่ 3-19 และตัวอยาE งดงั รูปที่ 3-20 O (1) AlCl3 G O O R C Cl + G (2) H2O CR + CR R = alkyl or aryl G G = H, acticating group or halogen รูปที่ 3-19 การเตรียมคีโตนจากปฏกิ ริ ยิ าฟรีเดล-คราฟส4เอซลิ เลชันของอะโรมาติก O2N O (1) AlCl3 O C Cl + (2) H2O C p-nitrobenzoyl chloride benzene O2N p-nitrobenzophenone รปู ที่ 3-20 ตวั อยาE งการเตรียมคีโตนจากปฏิกริ ยิ าฟรเี ดล-คราฟสเ4 อซิลเลชนั ของอะโรมาติก เบนซาลดไี ฮด4 (benzaldehyde) เตรยี มจากปฏิกริ ิยา Gatterman-Koch formylation ซ่ึงเป{นปฏกิ ิริยา Friedel-Crafts acylation ระหวEางเบนซนี หรืออนพุ ันธข4 องเบนซีนที่มหี มEแู ทนทเี่ ปน{ หมEู activating group หรือ halogen group ทำปฏกิ ิริยากบั คาร4บอนมอนออกไซด4 (carbon monoxide, CO) และ HCl โดยมตี วั เรEงปฏกิ ริ ยิ า เปน{ AlCl3/CuCl ดงั รปู ท่ี 3-21 CO, HCl O G G CH AlCl3/CuCl G = H, acticating group or halogen รูปที่ 3-21 การเตรียมเบนซาลดีไฮด4จากปฏกิ ริ ยิ า Gatterman-Koch formylation ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศริ ิออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 66

บทที่ 3 แอลดีไฮดแ8 ละคโี ตน 3.5.4 การเตรยี มแอลดีไฮด8และคีโตนจากปฏกิ ิริยาไฮเดชันของแอลไคน8 แอลดีไฮด4และคีโตนสามารถเตรียมได*จากแอลไคน4 ดังนี้ 1) การเตรียมเมททลิ คีโตน (methyl ketone) จาก terminal alkyne ผาE นปฏิกริ ิยา hydration โดยใช* ตวั เรEงปฏิกริ ยิ าเปน{ กรดซัลฟว¡ รกิ (H2SO4) รวมกับเกลือเมอรค4 รู กิ (mercuric salt) ดงั รปู ที่ 3-22 กลไกการ เกิดปฏกิ ิริยาเปน{ แบบ Markovnikov ได*เปน{ อีนอล (enol, vinyl alcohol) ตามดว* ยการเกิด tautomerism เปลย่ี น จาก enol เปน{ keto ซ่ึงก็คอื methyl ketone ดังรปู ท่ี 3-23 และแสดงตวั อยEางการสงั เคราะหด4 งั รูปที่ 3-24 RCCH HgSO4, H2SO4 RH H OH alkyne H2O CC R C CH H HO H methyl ketone enol รปู ที่ 3-22 การสังเคราะห4เมทิลคโี ตนจากปฏกิ ิริยาไฮเดรชันของแอลไคน4 H H2O H Hg2+ H H2O HO H HO H + H3O RCCH RCC CC CC alkyne Hg R Hg R Hg vinyl cation organomercurial alcohol Hg2+ SO42- + HO H HO H HO H CC CCH CCH RH R Hg R Hg enol resonance-stabilized intermediate (vinyl alcohol) HO H keto-enol tautomerism OH CC R C CH RH H enol keto (vinyl alcohol) (methyl ketone) รปู ที่ 3-23 กลไกการเกดิ ปฏิกิริยาไฮเดชันของแอลไคน4 CCH Hg2+, H2SO4 HO H O ethynylcyclohexane H2O CC H C CH3 H cyclohexyl methyl ketone enol รปู ที่ 3-24 ตัวอยEางการสังเคราะหเ4 มทิลคีโตนจากปฏกิ ิริยาไฮเดชันของแอลไคน4 2) การเตรียมแอลดีไฮด4 (aldehyde) จาก terminal alkyne ผาE นปฏิกริ ยิ าไฮโดรโบเรชัน-ออกซิเดชนั (hydroboration-oxidation) ผาE นกลไกการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเป{นแบบ anti-Markovnikov โดยใช*สารประกอบ borane เป{น di(secondary isoamyl)borane หรอื เรียกวEา disiamylborane (amyl เปน{ common name ของ pentyl) ซ่งึ เป{นสารประกอบ borane ทมี่ ขี นาดใหญE เพอ่ื ป¤องกันการเข*าทำปฏิกิริยาของ borane บนคาร4บอนทัง้ สองของแอลไคน4 ได*เป{น vinyl borane ท่ีมคี วามเฉพาะ จากน้นั เกิดปฏิกริ ิยา oxidation ของสารประกอบ borane ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศิริออ/ น ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 67

บทท่ี 3 แอลดไี ฮดแ8 ละคีโตน ไดเ* ปน{ enol ตามดว* ยการเกิด tautomerism เปล่ียนจาก enol เปน{ keto แสดงปฏิกริ ิยาดงั รูปที่ 3-25 กลไกดงั รูป ที่ 3-26 และตัวอยาE งการสงั เคราะหด4 งั รปู ที่ 3-27 RCCH (1) Sia2BH RH O alkyne (2) H2O2, NaOH CC HO H OH R CH2 C H aldehyde enol รปู ท่ี 3-25 การสังเคราะห4แอลดีไฮด4จากปฏิกริ ิยา hydroboration-oxidation ของแอลไคน4 RH Sia = H3C CC CH CH R C C H + Sia2BH H BSia2 H3C CH3 alkyne disiamylborane vinylborane “sec-isoamyl” or “siamyl” RH H2O2 RH RH CC CC HO H C C H BSia2 NaOH H OH HO vinylborane enol keto (aldehyde) รปู ท่ี 3-26 กลไกการสงั เคราะห4แอลดีไฮด4จากปฏิกริ ิยา hydroboration-oxidation ของแอลไคน4 CCH (1) Sia2BH O (2) H2O2, NaOH CH2 C H ethynylcyclohexane cyclohexylethanal รปู ที่ 3-27 ตัวอยEางการสังเคราะห4แอลดีไฮด4จากปฏกิ ิริยา hydroboration-oxidation ของแอลไคน4 3.5.5 การเตรยี มแอลดีไฮดแ8 ละคีโตนจาก 1,3-dithiane แอลดไี ฮดแ4 ละคีโตนสามารถเตรยี มไดจ* าก 1,3-dithiane โดยเร่ิมแรก 1,3-dithiane ถูกดึงโปรตอนดว* ยเบส n-BuLi ไดเ* ป{น anion จากนัน้ เขา* ทำปฏกิ ริ ยิ ากบั alkyl halide ผEานปฏกิ ริ ิยา alkylation ตามดว* ย hydrolysis ได* เป{นแอลดไี ฮด4 หรือ 1,3-dithiane เข*าทำปฏกิ ิริยากับ alkyl halide 2 โมเลกลุ ไดเ* ปน{ คีโตน ดงั รปู ท่ี 3-28 SS n-BuLi CH3CH2Br S H , HgCl2 O HH S H C CH2CH3 1,3-dithiane SS H2O H H CH2CH3 propanal n-BuLi S S CH3Br S S H , HgCl2 O CH2CH3 H3C H2O CH3 C CH2CH3 CH2CH3 2-butanone รูปท่ี 3-28 การเตรยี มแอลดีไฮด4และคโี ตนจาก 1,3-dithiane ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศิรอิ อ/ น ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 68

บทท่ี 3 แอลดีไฮดแ8 ละคโี ตน 3.5.6 การเตรียมคีโตนจาก carboxylic acid คีโตนสามารถเตรยี มได*จากปฏกิ ริ ิยาระหวEาง carboxylic acid กับ organolithium (R’Li) ได*เป{น dianion จากนน้ั dianion รับโปรตอน (protonation) ตามด*วยสูญเสียโมเลกุลของน้ำ ได*ผลิตภัณฑ4เป{นคโี ตน ดงั รูปที่ 3-29 ยกตวั อยาE งการสงั เคราะห4 acetophenone จาก benzoic acid ทำปฏิกิรยิ ากับ methyl lithium ดังรปู ท่ี 3-30 O LiOH O R' Li O Li H3O OH -H2O O R C OH R C O Li R C O Li R C OH R C R' carboxylic acid lithium carboxylate R' R' ketone dianion hydrate รปู ท่ี 3-29 การเตรียมคีโตนจาก carboxylic acid O O O Li OH O C OH methyl lithium C OH C LiOH C O Li H3O CH3 -H2O C CH3 O Li CH2 Li CH3 benzoic acid acetophenone รปู ท่ี 3-30 ตัวอยาE งการเตรยี มคโี ตนจาก carboxylic acid 3.5.7 การเตรยี มแอลดไี ฮดแ8 ละคโี ตนจาก nitrile ไนไตร4 (nitrile) สามารถใช*เป{นสารตั้งตน* ในการเตรยี มแอลดีไฮด4หรือคโี ตน โดยที่ nitrile จะทำหนา* ที่เป{น electrophile ทำปฏิกิรยิ ากับ nucleophile ตEางๆ ดงั นี้ 1) ทำปฏิกิรยิ ากับ Grignard reagent ได*เป{น imine ตามด*วยปฏกิ ริ ยิ า hydrolysis ได*ผลิตภัณฑ4เปน{ คีโตน ดงั รูปท่ี 3-31 ยกตวั อยEางเชนE 1-cyclohexylpropan-1-one สงั เคราะห4ไดจ* าก cyclohexnecarbonitrile กบั ethylmagnesium bromide ดงั รปู ท่ี 3-32 R CN + R' Mg X R' MgX H3O R' H H3O R' nitrile Grignard reagent CN CN CO R R R imine ketone รปู ที่ 3-31 การเตรยี มคีโตนจาก nitrile ทำปฏิกิรยิ ากบั Grignard reagent CN ether MgX H3O O N C + CH3CH2MgBr C CH2CH3 CH2CH3 cyclohexanecarbonitrile ethylmagnesium bromide 1-cyclohexylpropan-1-one รปู ท่ี 3-32 ตัวอยEางการเตรียมคโี ตนจาก nitrile ทำปฏิกิรยิ ากับ Grignard reagent 2) ทำปฏกิ ิริยากับ aluminum hydride โดยสามารถรดี วิ ซ4 nitrile ได*ผลติ ภณั ฑ4เป{น aldehyde ไมEเกิดตEอ เปน{ แอลกอฮอล4 ผEานการเกิดเป{น aluminum complex ตามด*วย hydrolysis ดังรูปท่ี 3-33 ยกตวั อยEางเชEน การ ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ อิ /อน ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 69

บทท่ี 3 แอลดีไฮด8และคโี ตน สงั เคราะห4 3-methylbutanal จาก 3-methylbutanenitrile โดยใช* aluminum hydride เปน{ diisobutylaluminum hydride ((i-Bu)2AlH หรือ DIBAL-H) ดังรปู ท่ี 3-34 R CN + (i-Bu)2AlH R Al(i-Bu)2 H3O R nitriles CN CO diisobutyl aluminum hydride H H aluminum complex aldehyde รปู ท่ี 3-33 การเตรยี มแอลดีไฮด4จาก nitrile ทำปฏกิ ริ ยิ ากับ aluminum hydride CH3 i) DIBAL-H CH3 O CH3CHCH2 CN ii) H3O+ CH3CHCH2 C H 3-methylbutanenitrile 3-methylbutanal รปู ท่ี 3-34 ตวั อยEางการเตรียมแอลดไี ฮดจ4 าก nitrile ทำปฏกิ ริ ิยากับ aluminum hydride 3.5.8 การเตรยี มแอลดไี ฮดแ8 ละคโี ตนจาก acid chloride และ ester 1) แอลดไี ฮด4สามารถเตรยี มไดจ* ากแอซดิ คลอไรด4 (acid chloride) โดยทำปฏิกริ ิยากับตัวรดี ิวซท4 ีอ่ อE นกวEา LiAlH4 เพือ่ ไมใE ห*เกิดปฏกิ ิริยา reduction ตอE เนือ่ งเป{น alcohol โดยตวั รดี ิวซท4 ีใ่ ชใ* นการสังเคราะห4แอลดีไฮด4จาก แอซดิ คลอไรด4 ไดแ* กE lithium tri-tert-butoxyaluminum hydride (LiAlH(O-t-Bu)3) ดังรูปท่ี 3-35 ตัวอยEางเชนE การสังเคราะห4 butyraldehyde จาก butyryl chloride ดงั รูปที่ 3-36 O Li AlH(OH-t-Bu)3 O R C Cl RCH acid chloride aldehyde รปู ที่ 3-35 การเตรยี มแอลดีไฮด4จาก acid chloride O O CH3CH2CH2 C Cl Li AlH(OH-t-Bu)3 CH3CH2CH2 C H butyryl chloride butyraldehyde รปู ที่ 3-36 ตวั อยEางการเตรียมแอลดีไฮด4จาก acid chloride 2) แอลดไี ฮดส4 ามารถเตรียมไดจ* ากเอสเทอร4 (ester) ทำปฏกิ ริ ิยากับตัวรีดิวซ4 ได*แกE diisobutylaluminum hydride ((i-Bu)2AlH หรอื DIBAL-H) ด*วยอณุ หภูมิต่ำ (-78 oC) ดังรปู ท่ี 3-37 ยกตวั อยาE งเชEน การสังเคราะห4 cyclohexanecarbaldehyde จาก ethyl cyclohexanecarboxylate ดังรปู ท่ี 3-38 O (i-Bu)2AlH O Al(t-Bu)2 H2O O R C OR' -78oC RCH RCH ester OR' aldehyde aluminum complex รูปที่ 3-37 การเตรียมแอลดีไฮด4จาก ester ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศริ อิ /อน ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 70

บทที่ 3 แอลดไี ฮด8และคโี ตน O i) DIBAL-H, 78oC O C ii) H2O C OCH2CH3 H ethyl cyclohexanecarboxylate cyclohexanecarbaldehyde รปู ท่ี 3-38 ตัวอยาE งการเตรียมแอลดไี ฮด4จาก ester 3) คโี ตนสามารถเตรียมไดจ* ากแอซดิ คลอไรด4 (acid chloride) โดยทำปฏิกริ ยิ ากบั Grignard reagent หนึ่ง โมเลกลุ โดยหมEูแอลคลิ เข*าแทนที่คลอรนี อะตอม ได*ผลิตภัณฑเ4 ปน{ คโี ตน อยEางไรกต็ ามคีโตนสามารถทำปฏิกิรยิ ากบั Grignard reagent โมเลกลุ ทสี่ องแบบตEอเน่ือง ไดผ* ลติ ภณั ฑ4เปน{ tertiary alcohol ดังรูปท่ี 3-39 O O R'MgX O MgX H3O OH R C Cl R C R' (fast) R C R' R'MgX R C R' acid chloride (fast) ketone R' R' alkoxide tertiary alcohol รปู ที่ 3-39 การเตรียมคีโตนจาก acid chloride ทำปฏิกิรยิ ากับ Grignard reagent เม่ือใช* organometal ทีม่ คี วามแรงน*อยกวาE Grignard reagent ไดแ* กE lithium dialkylcuprate (R’2CuLi) ทำปฏิกริ ิยา acid chloride ไดผ* ลิตภณั ฑเ4 ปน{ คีโตน โดยคโี ตนทีไ่ ด*ไมEเกดิ ปฏกิ ริ ิยาตEอกลายเป{น tertiary alcohol ดังรูปท่ี 3-40 O + R'2CuLi O + R' Cu + LiCl R C Cl R C R' acid chloride lithium dialkylcuprate ketone (Gilman reagent) รปู ท่ี 3-40 การเตรยี มคโี ตนจาก acid chloride ทำปฏกิ ริ ิยากับ lithium dialkylcuprate โดย lithium dialkylcuprate เตรยี มไดจ* าก alkyl lithium 2 โมเลกุล ทำปฏิกริ ยิ ากับคอปเปอร4ไอโอไดด4 (cuprous iodide) ดังรปู ท่ี 3-41 2 R' Li + CuI R'2CuLi + LiI alkyl lithium cuprous iodide lithium dialkylcuprate รูปที่ 3-41 การเตรียม lithium dialkylcuprate ตัวอยEางการเตรียมคีโตน ดังรปู ท่ี 3-42 i) 2 Li O O ii) CuI CH3CH2 C CH2CH2CH3 CH3CH2 C Cl propionyl chloride hexan-3-one 2 CH3CH2CH2 Cl (CH3CH2CH2)2CuLi 1-chloropropane รปู ที่ 3-42 ตวั อยาE งการเตรียมคโี ตนจาก acid chloride ทำปฏิกิรยิ ากับ lithium dialkylcuprate ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ ิออ/ น ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 71

บทที่ 3 แอลดไี ฮด8และคีโตน 3.6 ปฏกิ ิรยิ าของแอลดีไฮดแ4 ละคโี ตน (Reaction of Aldehyde and Ketone) หมคEู ารบ4 อนลิ (C=O) มีขั้ว โดยคาร4บอนของหมEคู ารบ4 อนิลมขี ้วั เปน{ บวก (partial positive charge, d+) สEวนออกซเิ จนอะตอมมขี ัว้ เปน{ ลบ (partial negative charge, d-) เนอ่ื งจากคาE อเิ ลก็ โตรเนกาตวี ิตี้ (EN) ของ ออกซิเจนมากกวาE คาร4บอน โดยคารบ4 อนของหมEคู ารบ4 อนิลมีความเปน{ อเิ ลก็ โทรไฟล4 (electrophile) สามารถทำ ปฏกิ ิริยากบั นิวคลโี อไฟล4 (nucleophile) ชนดิ ตEางๆ โดยแอลดีไฮด4มคี วามวอE งไวในการเกิดปฏกิ ิริยามากกวEาคีโตน เนอื่ งจาก 2 เหตุผล คือ 1) แอลดีไฮดซ4 ง่ึ มีหมูEแอลคิล (R=หมEใู หอ* ิเลก็ ตรอน) เพียง 1 หมEู ทำใหม* ีความเปน{ อิเลก็ โทร ไฟลม4 ากกวาE คโี ตนทม่ี หี มูEแอลคลิ ถงึ 2 หมูE (electronic effect) และ 2) หมูแE อลคลิ มคี วามเกะกะทำให*คีโตนซงึ่ มีหมEู แอลคลิ ถึง 2 หมูE ทำใหน* วิ คลโี อไฟล4เข*าทำปฏิกริ ิยาได*ยากกวEาแอลดไี ฮด4ที่มหี มEูแอลคิลเพยี ง 1 หมEู (steric effect) ดงั รูปท่ี 3-43 electrophilic δ- reactivity toward nucleophiles carbon O O >> O C δ+ CC R H R R' O Nu O Nu Nu HO Nu RCH RCH RCH aldehyde alkoxide product more electrophile less crowded less crowded O Nu O Nu Nu HO Nu C C C R R' R R' R R' ketone less electrophile alkoxide product more crowded more crowded รปู ที่ 3-43 ปฏกิ ริ ยิ าของแอลดไี ฮดแ4 ละคีโตนและความวอE งไวในการเกดิ ปฏิกริ ยิ า ปฏกิ ิริยาของแอลดีไฮดแ4 ละคีโตนเป{นปฏิกริ ยิ าการเพิ่มนวิ คลีโอไฟล4 (nuleophilic addition) ทีค่ าร4บอน ของหมคEู าร4บอนลิ ซง่ึ เป{นอิเลก็ โทรไฟล4 โดยกรณนี ิวคลโี อไฟล4ทว่ี อE งไวในการเกิดปฏกิ ริ ยิ า (strong nucleophile) เชEน นวิ คลีโอไฟล4ที่มีประจลุ บ (negatively charged nucleophile, HO , H , R , RO , CN และ X ) สามารถเขา* ทำปฏกิ ริ ิยากับคาร4บอนอเิ ลก็ โทรไฟลข4 องหมคูE ารบ4 อนิลโดยทไ่ี มEใช*ตัวเรEงปฏิกริ ยิ า ได*สารตวั กลางเป{น “แอลคอกไซด4 (alkoxide)” จากนนั้ แอลคอกไซดร4 บั โปรตอนไดเ* ป{นผลติ ภัณฑ4 สEวนกรณีทเี่ ป{นนิวคลีโอไฟลช4 นิดท่ไี มE วอE งไวในการเกิดปฏิกริ ยิ า (weak nucleophile) เชEน นิวคลโี อไฟลท4 มี่ ีประจุเป{นกลาง (neutral nucleophile, H2O, NH3, RNH2 และ ROH) นิวคลีโอไฟลช4 นดิ นี้ไมEสามารถทำปฏกิ ิรยิ ากบั คารบ4 อนอเิ ล็กโทรไฟลข4 องหมคEู ารบ4 อนลิ ไดโ* ดยตรง ตอ* งมีตวั เรงE ปฏกิ ริ ิยาเป{นกรด (acid) หรือกรดลวิ อิส (Lewis acid) เพือ่ เพม่ิ ความเป{นอเิ ลก็ โทรไฟล4ใหก* ับ คาร4บอนของหมูคE าร4บอนิล ทำใหส* ามารถทำปฏกิ ิรยิ ากบั นวิ คลโี อไฟลช4 นดิ ทไี่ มEรนุ แรงได* ดงั รูปท่ี 3-44 ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 72

บทท่ี 3 แอลดไี ฮด8และคีโตน O O H Nu OH R C Nu R C Nu C + Nu + Nu R R' R R (strong) alkoxide adduct aldehyde or ketone O OH OH (weak) OH C +H C C H Nu R C Nu R R' R R' R R' R +H aldehyde or ketone adduct activated carbonyl รปู ท่ี 3-44 ปฏิกริ ยิ าของแอลดไี ฮด4และคโี ตนกบั นิวคลโี อไฟล4แบบตาE งๆ นวิ คลโี อไฟล4 (Nu ) สามารถเข*าทำปฏกิ ิริยากบั คาร4บอนอิเล็กโทรไฟลไ4 ด* 2 ทศิ ทาง เกดิ ผลติ ภณั ฑ4เปน{ สาร ผสมราซิมิก (racemic mixture) ซึง่ เป{นอแิ นนทโิ อเมอร4 (enantiomer) ดังรูปท่ี 3-45 Nu O Nu O O H3O OH OH C CR + RC CR + RC R R' R' R' R' R' Nu Nu Nu Nu aldehyde or ketone enantiomer รูปที่ 3-45 ทิศทางการเข*าทำปฏกิ ริ ยิ าของนวิ คลโี อไฟล4กบั คาร4บอนอิเลก็ โทรไฟลข4 องคาร4บอนลิ ปฏกิ ริ ิยาการเพิม่ นวิ คลีโอไฟล4 (nucleophilic addition) ของแอลดีไฮด4และคีโตนมหี ลายปฏิกิรยิ า ขึน้ กับ ชนดิ ของนวิ คลโี อไฟล4 โดยแสดงรายละเอยี ดในบางปฏกิ ริ ิยาทีส่ ำคญั ดงั น้ี 3.6.1 ปฏิกริ ยิ าวติ ตกิ (Wittig reaction) ปฏิกิริยาการเพม่ิ นิวคลโี อไฟล4 (nucleophilic addition) คอื ฟอสฟอรัสยีไลด4 (phosphorus ylide) ได* ผลติ ภณั ฑเ4 ปน{ alkene ดงั รูปที่ 3-46 R R Ph RR CO C P Ph + CC + Ph3P O R' H Ph R' H phosphorus ylide aldehyde or ketone alkene รปู ที่ 3-46 ปฏิกิริยา Wittig โดย phosphorus ylide เตรยี มได*จากไตรฟ§นลิ ฟอสฟน§ (triphenylphosphine) ทำปฏกิ ริ ิยากับ alkyl halide ได*เป{น phosphonium salt ตามดว* ยดึงโปรตอนออกดว* ยเบสบวิ ทิลลเิ ทียม (n-butyl lithium) ไดเ* ปน{ phosphorus ylide ดงั รูปท่ี 3-47 ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศริ ิอ/อน ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 73

บทท่ี 3 แอลดไี ฮดแ8 ละคีโตน + R CH2 X Ph H δ− δ+ Ph H Ph H Ph P C H Bu Li Ph P C Ph P C Ph R Ph R Ph R Ph3P phosphonium salt triphenylphosphine alkyl halide phosphorus ylide รปู ที่ 3-47 การสงั เคราะห4 phosphorus ylide กลไกการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเรม่ิ จาก ข้ันที่ 1 phosphorus ylide เปน{ นวิ คลีโอไฟล4 ใช*ประจุลบบนคาร4บอน อะตอมเข*าทำปฏิกิริยากบั คารบ4 อนคาร4บอนลิ ของแอลดีไฮดห4 รอื คีโตน ไดเ* ปน{ สาร betaine จากน้นั ขัน้ ท่ี 2 ประจุลบ บนออกซิเจนอะตอมของ betaine ใหอ* เิ ล็กตรอนไปทปี่ ระจบุ วกบนฟอสฟอรัสอะตอม ได*เป{น oxaphosphetane ตามด*วยเกดิ การหลดุ ออกของ triphenylphosphine oxide และได*ผลิตภณั ฑ4เป{น alkene ดังรปู ท่ี 3-48 และ แสดงตัวอยาE งปฏิกริ ยิ า Wittig reaction ดังรูปท่ี 3-49 H R step 1 Ph3P O step 2 Ph3P O step 3 Ph3P O Ph3P C CO HCCR HCCR triphenylphosphine R R' R R' R R' oxide betaine + ylide aldehyde or ketone oxaphosphetane HCCR R R' alkene รูปที่ 3-48 กลไกการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า Wittig O + Ph3P CH2 CH2 cyclohexanone methylenecyclohexane CH3CH2 CH2 CH3CH2 CH3 CH3CH2 H CO + Ph3P C CC + CC H H HH H CH3 A name could not be generated for this structure. cis-pent-2-ene trans-pent-2-ene รูปที่ 3-49 ตวั อยEางปฏิกริ ิยา Wittig ปฏิกริ ยิ า Wittig reaction นิยมใช*สำหรับการสังเคราะห4 alkene จากแอลดีไฮดห4 รือคโี ตน ซ่ึงสามารถวาง แผนการสงั เคราะห4ได* ยกตวั อยาE งดงั รปู ท่ี 3-50 มี 2 ทาง โดยเลือกทางที่สาร ylide ถูกสังเคราะห4มาจาก alkyl halide ที่โครงสร*างมีความเกะกะน*อย (unhindered alkyl halide) เชEน 1o-alkyl halide เน่อื งจากตอ* งทำ ปฏิกริ ิยากับ triphenyl phosphine ซ่ึงโครงสร*างมีความเกะกะมาก เชEนการสังเคราะห4 2-methylpent-2-ene จะ สามารถสังเคราะห4 ylide จาก 1-bromopropane (1o-alkyl halide) จากนั้นทำปฏกิ ริ ยิ ากบั acetone ได*เป{น ผลิตภณั ฑ4 ในทางกลับกนั ถา* สังเคราะห4 ylide จาก 2-bromopropane (2o-alkyl halide) จะได*สาร ylide นอ* ย และทำใหเ* กิดเป{น alkene ต่ำ ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศิริออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 74

บทท่ี 3 แอลดไี ฮด8และคีโตน CH3CH2 CH3 CH3CH CH3 C Ph3P + O C H CH3 CC from unhindered alkyl halide H CH3 2-methylpent-2-ene CH3CH2 CH2 CO + Ph3P C H CH3 i) Ph3P CH3CH CH3 CH3CH2 CH3 ii) BuLi OC CH3CH2CH2 Br C Ph3P CC 1-bromopropane H CH3 H CH3 2-methylpent-2-ene CH3CH2 Br i) Ph3P CH2 CO CH3CH2 CH3 CH3 CH CH3 ii) BuLi Ph3P C H CC 2-bromopropane CH3 low yield H CH3 2-methylpent-2-ene รูปที่ 3-50 แสดงการวางแผนการสงั เคราะหจ4 ากปฏกิ ริ ยิ า Wittig 3.6.2 ปฏกิ ริ ิยาการเพิ่มนำ้ (addition of water) ปฏิกริ ยิ าการเพิ่มนำ้ หรือเรยี กวาE ปฏิกิรยิ า “ไฮเดรชนั (hydration)” มีน้ำ (water, H2O) เป{นนิวคลีโอไฟล4 เข*าทำปฏกิ ิริยาทหี่ มูEคารบ4 อนิลของแอลดไี ฮด4หรือคีโตน ได*ผลติ ภณั ฑ4เปน{ 1,1-ไดออล (1,1-diol) หรือ เจม-ไดออล (gem-diol) ปฏกิ ิริยาการเพ่มิ นำ้ นเ้ี ป{นปฏกิ ริ ิยาแบบผันกลบั ได* (reversible reaction) ทำได*ท้งั สภาวะท่ีเปน{ กรด (H2O เป{นนิวคลีโอไฟล)4 หรอื สภาวะทเ่ี ป{นเบส โดย HO เป{นนิวคลโี อไฟล4 ดงั รปู ที่ 3-51 O H or HO HO OH [hydrate] C + H2O C Keq = [carbonyl][H2O] R R' R R' aldehyde or ketone hydrate (geminal diol) รูปท่ี 3-51 ปฏกิ ิริยาไฮเดรชันของแอลดีไฮดแ4 ละคีโตน แสดงกลไกการเกิดปฏิกิรยิ าไฮเดรชัน ดงั รูปท่ี 3-52 O H3O OH OH OH R C R' R C R' R C R' R C R' + H3O aldehyde or ketone H2O O OH HH H2O O OH O HOH OH C HO C R' HO C R' + R R' OH R R aldehyde or ketone รปู ที่ 3-52 กลไกการเกิดปฏิกิรยิ าไฮเดรชันของแอลดีไฮดแ4 ละคโี ตน ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศิริอ/อน ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 75

บทที่ 3 แอลดไี ฮด8และคโี ตน แอลดไี ฮด4เกิดปฏิกิริยาไดด* กี วาE คโี ตน (ดงั ทไ่ี ด*กลาE วมาแล*ว) อีกหนงึ่ เหตผุ ลท่สี ามารถอธิบายความวอE งไวใน การเกิดปฏิกริ ยิ าของหมูคE าร4บอนิลตาE งๆ ได* คือ คโี ตนมีหมEแู อลคิล (R) 2 หมูE ท่ีชวE ยทำใหค* าร4บอนอิเลก็ โทรไฟลข4 อง คีโตนเสถยี ร ในขณะทีแ่ อลดไี ฮด4มี 1 หมEูแอลคิล แอลดไี ฮด4จึงมคี วามเสถยี รนอ* ยกวาE คโี ตน จงึ มคี วามเป{นอิเล็กโทร ไฟลม4 ากกวาE คโี ตน สวE นฟอร4มาดีไฮด4 (formaldehyde) ไมเE สถยี ร ดงั รปู ที่ 3-53 δ−O δ−O δ−O δ+C δ+C δ+C R R' RH HH ketone aldehyde formaldehyde two alkyl groups one alkyl group relatively unsable more stabilization less stabilization รูปท่ี 3-53 เปรยี บเทยี บความเสถียรของแอลดไี ฮด4 คโี ตน และฟอร4มาดไี ฮด4 จากความเสถยี รและความวอE งไวในการเกิดปฏกิ ริ ยิ าของหมคEู ารบ4 อนลิ สามารถแสดงไดด* *วยคาE คงที่สมดุล (equilibrium constant, Keq) โดยคาE คงท่สี มดุลมาก แสดงถึงความวอE งไวในการเกดิ ปฏิกริ ยิ าสูง ไดร* *อยละของ ผลติ ภัณฑส4 งู (Keq = [hydrate]/([carbonyl][H2O]) ดังรูปท่ี 3-54 เชEน chloral มีหมEดู งึ อิเลก็ ตรอน (-CCl3) ทำให* คารบ4 อนคาร4บอนลิ มคี วามเสถียรต่ำลง จึงมคี วามวEองไวในการเกิดปฏกิ ริ ยิ าได*ดี ไดผ* ลติ ภณั ฑ4ที่มคี วามเสถยี รสงู คEาคงทสี่ มดลุ สงู (Keq = 500) O + H2O HO OH K = 0.002 C C CH3 CH3 CH3 CH3 acetone acetone hydrate O + H2O HO OH K = 0.7 C C CH3CH2 H propanal CH3CH2 H propanal hydrate O + H2O HO OH K = 40 HCH C formaldehyde HH formalin O HO OH C + H2O Cl3C C H Cl3C H K = 500 chloral hydrate chloral รูปที่ 3-54 แสดงคาE คงทส่ี มดุลปฏกิ ิริยาไฮเดรชันของสารประกอบคารบ4 อนิลบางชนิด 3.6.3 ปฏกิ ริ ิยาการเพ่มิ หมไู\\ ซยาโน (addition of HCN) เป{นปฏิกิรยิ าการเพิ่มไซยาไนด4ไอออน (cyanide anion, CN ) ท่ีคาร4บอนลิ ของแอลดไี ฮด4หรอื คีโตน ได* ผลิตภณั ฑ4เปน{ สารประกอบไซยาโนไฮดรนิ (cyanohydrin) เป{นปฏิกิริยาแบบผันกลบั ได* (reversible) โดย CN ได* จากกรดไฮโดรไซยานิก (hydrocyanic acid, HCN) แตมE ีความเปน{ พษิ สงู จงึ นิยมใช*โซเดียมไซยาไนด4 (NaCN) หรือ โพแทสเซยี มไซนาไนด4 (KCN) เปน{ ตวั ให* CN แทน แสดงดังรูปที่ 3-55 ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศิริออ/ น ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 76

บทท่ี 3 แอลดีไฮด8และคีโตน O HCN, NaCN or KCN HO CN C R C R' R R' cyanohydrin aldehyde or ketone รูปท่ี 3-55 ปฏกิ ริ ยิ าการสงั เคราะห4 cyanohydrin จากแอลดีไฮด4หรือคโี ตน กลไกการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเรมิ่ จาก CN ซ่ึงเป{นนวิ คลโี อไฟล4 เขา* ทำปฏิกิริยากบั หมEคู ารบ4 อนลิ ของแอลดไี ฮด4 หรือคโี ตน ไดเ* ป{นสาร alkoxide ion จากนน้ั รบั โปรตอนได*เปน{ ผลติ ภัณฑ4 cyanohydrin ดังรูปท่ี 3-56 และความ วEองไวในการสงั เคราะห4 cyanohydrin จากแอลดีไฮด4และคโี ตน เรยี งลำดับดังรูปที่ 3-57 O CN step 1 O step 2 OH C+ R C R' HCN R C R' R R' CN CN aldehyde or ketone alkoxide ion cyanohydrin รูปท่ี 3-56 กลไกการเกิดปฏกิ ิรยิ าการสังเคราะห4 cyanohydrin จากแอลดีไฮด4หรอื คโี ตน O O OO HCH RCH > > RCR >> C (H3C)3C C(CH3)3 formaldehyde aldehyde ketone di-tert-butylketone (bulky ketone) รปู ท่ี 3-57 เรยี งลำดบั ความวอE งไวในการสงั เคราะห4 cyanohydrin จากแอลดไี ฮด4และคโี ตน สารอินทรีย4ทมี่ หี มEูไซยาโน (cyano group, -CN) เรียกอกี ช่ือหน่ึงวาE สารประกอบไนไตรต4 (nitrile) โดย nitrile จะถูกไฮโดไลซสิ (hydrolysis) ไดเ* ปน{ carboxylic acid ดงั นั้น cyanohydrin ซ่ึงเปน{ a-hydroxynitrile จะถกู ไฮโดรไลซสิ ได*เปน{ a-hydroxy acid ดังรูปที่ 3-58 O CN OH H3O OH O C R CCN R C C OH RH + HCN HH aldehyde cyanohydrin α-hydroxy acid รปู ท่ี 3-58 ปฏกิ ริ ิยา hydrolysis ของ cyanohydrin เปน{ ผลติ ภัณฑ4 a-hydroxy acid 3.6.4 ปฏิกิรยิ าการเพิม่ เอมีน (addition of amine) เม่ือเอมีน (R-NH2) หรอื แอมโมเนยี (NH3) เป{นนิวคลีโอไฟล4 เข*าทำปฏกิ ิรยิ าการเพิม่ ทห่ี มEูคาร4บอนลิ ของ แอลดไี ฮดแ4 ละคีโตน ในสภาวะกรดเป{นตัวเรงE จะได*ผลติ ภัณฑเ4 ปน{ สารประกอบอิมีน (imine) และน้ำ ดงั รูปที่ 3-59 O + R\" NH2 H N R\" N R\" H2O C R C R' + R R' R C R' imine (Schiff base) aldehyde or ketone primary amine OH carbinolamine (hemiaminal) รูปท่ี 3-59 ปฏกิ ิรยิ าการเพม่ิ เอมนี ของแอลดไี ฮด4หรอื คโี ตน ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศิรอิ อ/ น ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 77

บทที่ 3 แอลดีไฮด8และคโี ตน กลไกการเกิดปฏกิ ริ ยิ าในสภาวะกรด ขั้นแรกกรดจะเขา* จับกบั อเิ ลก็ ตรอนคEูอิสระของออกซิเจนอะตอม เพอื่ เพิ่มความเป{นอเิ ล็กโทรไฟล4ให*กับคารบ4 อนคารบ4 อนลิ จากนน้ั เอมนี เข*าทำปฏกิ ริ ิยาท่คี ารบ4 อนคารบ4 อนลิ ไดเ* ปน{ สาร carbinolamine ตามดว* ยการสญู เสยี โมเลกลุ ของนำ้ พร*อมกบั สร*างพนั ธะคูE ไดผ* ลติ ภัณฑ4เปน{ สารประกอบ imine หรอื เรียกวEา Schiff base ดงั รูปท่ี 3-60 OH H H step 2 OH step 3 OH C O O H2O R C R' R R' step 1 C C R C R' R R' R R' R\" N H aldehyde or ketone R\" N H R\" NH2 carbinolamine H (hemiaminal) HO H H step 5 R R' R R' step 6 R R' H3O R C R' step 4 HO C C H2O C + N R C R' N N N R\" H R\" H R\" H N R\" R\" H imine carbinolamine (Schiff base) รปู ท่ี 3-60 กลไกการเกิดปฏิกริ ยิ าการเพม่ิ เอมนี ของแอลดีไฮดห4 รือคีโตน อยาE งไรก็ตาม เอมนี นอกจากมคี วามเป{นนิวคลีโอไฟลแ4 ล*ว เอมีนยงั มีความเปน{ เบส ดังนน้ั ในสภาวะกรดท่ี แรงเกินไป จะทำใหป* ฏกิ ริ ิยาเกิดไมดE ี เนื่องจากเอมนี สามารถทำปฏิกริ ิยากบั กรดได* ทำให*ลดความเป{นนิวคลโี อไฟล4 ของเอมีนลง โดยความเปน{ กรดของปฏิกิริยาทเ่ี หมาะสม คือ pH ประมาณ 4.5 ดังรปู ที่ 3-61 H H H rate pH ~ 4.5 RN + RNH pH H H nucleophile non-nucleophile 12345678 รปู ที่ 3-61 แสดงคEา pH ท่ีมีผลตEอการเกิดปฏิกิรยิ าระหวาE งเอมนี กบั แอลดไี ฮด4และคีโตน แสดงตวั อยEางปฏกิ ริ ิยาระหวEางแอลดีไฮด4หรอื คโี ตน (C=O) กบั เอมีน (R-NH2) ไดผ* ลติ ภณั ฑเ4 ปน{ imine (C=N-R) ดงั รปู ท่ี 3-62 O H NH C CH + H2O H + NH3 benzaldehyde ammonia phenylmethanimine O H N CH3 + H2N CH3 + H2O cyclopentanone methylamine N-methylcyclopentanimine รปู ท่ี 3-62 ตวั อยEางปฏกิ ิริยาระหวาE งแอลดไี ฮดห4 รอื คโี ตนกับเอมนี ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 78

บทท่ี 3 แอลดีไฮดแ8 ละคีโตน ปฏกิ ิรยิ าระหวาE งแอลดไี ฮดห4 รือคโี ตนกับเอมนี เป{นปฏกิ ริ ยิ าแบบผนั กลบั ได* (reversible) ปฏกิ ริ ิยาผันกลบั คือปฏกิ ิรยิ าไฮโดรไลซสิ (hydrolysis) ดงั นนั้ ท่ีสภาวะเดียวกัน ผลิตภณั ฑ4 imine ทเี่ กดิ ข้นึ สามารถเกดิ ไฮโดรไลซ4 (hydrolyzed) กลับไปเปน{ แอลดไี ฮด4หรอื คีโตน และเอมนี ได* แสดงตัวอยาE งดงั รูปที่ 3-63 N CH3 H , excess H2O O C C H H + H2N CH3 benzaldehyde methyl imine benzaldehyde methylamine รูปท่ี 3-63 ตัวอยาE งปฏิกริ ยิ า hydrolysis ของสารประกอบ imine แอลดไี ฮด4และคีโตนสามารถทำปฏกิ ริ ิยาการเพม่ิ กบั อนุพนั ธข4 องเอมนี อื่นๆ ไดเ* ปน{ ผลิตภัณฑต4 าE งๆ ไดแ* กE เมื่อเอมนี เปน{ ไฮดรอกซิลเอมีน (hydroxyamine) ไดผ* ลิตภัณฑ4เป{นออกซมี (oxime) เม่อื เอมีนเป{นไฮดราซีน (hydrazine) ได*ผลิตภณั ฑ4เป{นไฮดราโซน (hydazone) และเมือ่ เอมีนเป{นเซมคิ าร4บาไซด4 (semicarbazide) ได* ผลติ ภณั ฑ4เปน{ เซมิคาร4บาโซน (semicarbazone) ดงั ตารางท่ี 3.2 ตารางท่ี 3.2 แสดงอนุพนั ธ4ของเอมีนและผลติ ภัณฑท4 ไ่ี ด*จากการทำปฏิกิริยากบั แอลดีไฮดห4 รือคีโตน O H NZ R C R' + NH2 Z R C R' aldehyde or ketone amine derivative imine derivatives Z amine derivative imine derivative H NH2 H ammonia NH imine R C R' N R R NH2 R primary amine R C R' imine (Schiff base) N OH OH NH2 OH hydroxylamine R C R' oxime NH2 NH2 NH2 hydrazine N NH2 hydrazone C R R' NHPh NH2 NHPh phenylhydrazine N NHPh phenylhydrazone O O C NHCNH2 NH2 NHCNH2 semicarbazide R R' O N NHCNH2 semicarbazone R C R' ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศิริอ/อน ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 79

บทท่ี 3 แอลดีไฮดแ8 ละคโี ตน 3.6.5 ปฏิกิริยาการเพม่ิ แอลกอฮอล8 (addition of alcohol) เมือ่ แอลกอฮอล4 (R-OH) เปน{ นวิ คลีโอไฟล4 เข*าทำปฏิกริ ิยาการเพิม่ ทหี่ มูคE ารบ4 อนิลของแอลดีไฮด4และคีโตน ได* 2 โมเลกลุ ในสภาวะที่มีกรดเป{นตัวเรEงปฏิกริ ิยา ไดผ* ลติ ภัณฑเ4 ป{นสารประกอบอะซีทลั (acetal) และนำ้ โดย ปฏกิ ิริยาการสังเคราะห4สารประกอบ acetal เปน{ ปฏกิ ิรยิ าแบบผันกลบั ได* (reversible) ดังรูปท่ี 3-64 O H R\"O OR\" C RH + 2 R\" OH C + H2O alcohol R R' aldehyde acetal O + 2 R\" OH H R\"O OR\" C alcohol R C R' + H2O R R' ketal ketone รูปที่ 3-64 ปฏกิ ริ ยิ าการเพิ่มแอลกอฮอลข4 องแอลดไี ฮดห4 รอื คโี ตน กลไกการเกดิ ปฏิกริ ยิ าในสภาวะกรด ขั้นแรกกรดจะเข*าจบั กบั อิเล็กตรอนคูอE ิสระของออกซิเจนอะตอม เพือ่ เพิ่มความเปน{ อิเลก็ โทรไฟลใ4 ห*กบั คาร4บอนคาร4บอนิล จากนนั้ แอลกอฮอลโ4 มเลกลุ แรกเขา* ทำปฏิกริ ยิ า ได*ผลติ ภณั ฑ4 เปน{ สารประกอบเฮมิอะซีทัล (hemiacetal) ซ่ึงไมเE สถยี ร ถูกขจดั โมเลกลุ ของน้ำออก ไดเ* ปน{ สารตัวกลางชนดิ ออกโซ เนียมไอออน (oxonium ion intermediate) จากนนั้ แอลกอฮอล4โมเลกลุ ทส่ี องเข*าทำปฏิกิริยา ได*ผลิตภัณฑเ4 ปน{ สารประกอบอะซีทัล (acetal) ดังรปู ที่ 3-65 H HO R\" O H OH OH HO R\" HO O R\" HO O R\" R C R' R C R' R C R' C R C R' aldehyde or ketone R R' hemiacetal R\" O O H H H O R\" O R\" + H2O R C R' C R C R' R\" O O H R R' R C R' hemiacetal oxonium ion O R\" HO R\" H HO R\" R\" O O R\" C C R R' R\" O O R\" + ROH2 R C R' R R' acetal รูปที่ 3-65 กลไกการเกิดปฏิกิรยิ าการเพมิ่ แอลกอฮอลข4 องแอลดไี ฮดห4 รือคีโตน แสดงตัวอยาE งปฏกิ ริ ยิ าระหวEางแอลดีไฮด4หรอื คีโตน (C=O) กับแอลกอฮอล4 (R-OH) ได*ผลติ ภณั ฑ4เปน{ acetal ดงั รปู ที่ 3-66 O H3CO OCH3 + 2 CH3OH pTSA + H2O cyclohexanone dimethyl acetal รูปท่ี 3-66 ตัวอยEางปฏกิ ิรยิ าการเพิม่ แอลกอฮอลข4 องแอลดไี ฮดห4 รอื คโี ตน ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศิริออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 80

บทท่ี 3 แอลดีไฮด8และคีโตน ปฏิกริ ยิ าระหวEางแอลดีไฮดห4 รอื คโี ตนกบั แอลกอฮอล4เป{นปฏกิ ิริยาแบบผันกลบั ได* (reversible) เรียกวาE ปฏิกิรยิ าไฮโดรไลซสิ (hydrolysis) ดงั นนั้ acetal ท่ีเกดิ ขนึ้ สามารถเกิดไฮโดรไลซ4 (hydrolyzed) เชนE เดยี วกับ imine กลบั ไปเปน{ แอลดีไฮดห4 รือคโี ตน และแอลกอฮอล4 แสดงดังรูปที่ 3-67 CH3 O O CH3 + H , excess H2O O + 2 CH3OH C C H2O R R' R R' aldehyde or ketone dimethyl acetal รูปที่ 3-67 ตัวอยาE งปฏกิ ิรยิ า hydrolysis ของสารประกอบ acetal ในกรณีท่ีแอลกอฮอล4ที่ใช*เปน{ diol เชEน ethylene glycol ทำปฏกิ ริ ิยากบั แอลดไี ฮด4หรอื คีโตน จะทำใหไ* ด* ผลิตภณั ฑเ4 ปน{ ไซคลิกอะซที ัล (cyclic acetal) ดงั รูปที่ 3-68 และแสดงตัวอยาE งดงั รปู ท่ี 3-69 O H OO R C R' R C R' + HO OH + H2O aldehyde or ketone ethylene glycol ethylene acetal รปู ที่ 3-68 ปฏิกิริยาการสังเคราะห4 cyclic acetal O OO + H2O H + HO OH cyclohexanone ethylene glycol ethylene acetal รูปท่ี 3-69 ตวั อยEางปฏกิ ริ ยิ าการสงั เคราะห4 cyclic acetal สารประกอบ acetal นิยมทำเปน{ protecting group เพื่อปอ¤ งกนั การเกดิ ปฏกิ ริ ิยาของหมEูแอลดไี ฮด4หรือคี โตนจากการเกิดปฏิกริ ิยา และทำการ hydrolysis กลับเปน{ แอลดไี ฮดห4 รือคีโตนอกี ครง้ั ได*หลงั จากสิ้นสุดปฏิกริ ยิ า โดยแสดงตังอยEางดังรปู ท่ี 3-70 HO CH3 O X CH A + CH3MgBr O H HO CH3 C B O H C HO CH3 O (1 equiv) O CH3MgBr MgBr O CH3 HO CH3 HO OH CH H3O CH O AO H CH CH OO OO รปู ท่ี 3-70 ตวั อยาE งปฏกิ ิรยิ าการใช* acetal เปน{ protecting group ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ ิอ/อน ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 81

บทท่ี 3 แอลดีไฮดแ8 ละคีโตน 3.6.6 ปฏกิ ิริยาการเพ่มิ กรินยารด8 รเี อเจนต8 (addition of Grignard reagent) กรินยาร4ดรเี อเจนต4 (Grignard reagent, RMgX) ได*จากการทำปฏิกริ ยิ าของแอลคิลเฮไลด4 (R-X) กบั โลหะ แมกนีเซยี ม (Mg) ดงั รูปท่ี 3-71 δ+ δ- Mg δ+ δ- ether RX R MgX alkyl halide Grignard reagent รปู ที่ 3-71 การสังเคราะห4กรินยาร4ดรีเอเจนต4 หมแEู อลคลิ ของกรินยาร4ดรเี อเจนต4มีความเป{นนวิ คลโี อไฟล4 (R-) ทำปฏกิ ิรยิ ากบั หมคEู าร4บอนิลของแอลดีไฮด4 หรอื คีโตน ได*ผลติ ภณั ฑ4เป{นแอลกอฮอล4 (alcohol) โดยแอลดไี ฮด4ใหผ* ลิตภณั ฑเ4 ป{น 2o-alcohol สEวนคีโตนได* ผลติ ภณั ฑเ4 ปน{ 3o-alcohol แสดงดังรูปที่ 3-72 O δ+ δ- MgHX H3O HO R C+ RCH RH R MgX OR C 2o-alcohol aldehyde RH O δ+ δ- MgHX H3O HO R R C R' + C R MgX OR ketone R C R' R R' 3o-alcohol รูปท่ี 3-72 ปฏิกริ ยิ าการเพ่มิ กรินยารด4 รเี อเจนต4ของแอลดีไฮดแ4 ละคีโตน 3.6.7 ปฏกิ ิริยาการเพ่มิ ออร8กาโนลิเทียม (addition of Grignard organolithium) ออรก4 าโนลเิ ทียมรีเอเจนต4 (organolithium reagent, RLi) ได*จากการทำปฏกิ ิริยาของแอลคิลเฮไลด4 (R-X) กบั โลหะลิเทยี ม (Li) ดงั รปู ทEี 3-73 δ+ δ- 2 Li δ+ δ- LiX ether RX R Li + alkyl halide organolithium รูปที่ 3-73 การสงั เคราะห4ออร4กาโนลิเทียม เชEนเดยี วกับกรนิ ยารด4 รเี อเจนต4 หมแูE อลคิลในออร4กาโนลเิ ทียมเปน{ นิวคลโี อไฟล4 ( R ) สามารถทำ ปฏกิ ริ ยิ ากบั หมูEคารบ4 อนลิ ของแอลดีไฮดห4 รือคีโตน ไดผ* ลติ ภัณฑเ4 ปน{ แอลกอฮอล4 (alcohol) โดยแอลดไี ฮดใ4 ห* ผลิตภณั ฑ4เป{น 2o-alcohol สวE นคีโตนได*ผลติ ภัณฑเ4 ปน{ 3o-alcohol แสดงดังรปู ท่ี 3-74 O δ+ δ- Li H3O HO R C+ RCH RH R Li OR C aldehyde RH 2o-alcohol O δ+ δ- Li H3O HO R C+ R C R' R R' R Li OR C R R' ketone 3o-alcohol รูปท่ี 3-74 ปฏิกริ ิยาการเพ่ิมออร4กาโนลิเทียมของแอลดีไฮดแ4 ละคโี ตน ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศิรอิ /อน ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 82

บทที่ 3 แอลดีไฮด8และคโี ตน 3.6.8 ปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชนั ของแอลดีไฮด8 (oxidation of aldehyde) แอลดีไฮดเ4 กดิ ปฏิกิรยิ าออกซิเดชันได*ผลิตภัณฑ4เป{นกรดคาร4บอกซลิ กิ สวE นคีโตนไมเE กดิ ปฏิกริ ยิ าออกซเิ ดชัน หรือเกดิ ไดย* าก โดยตวั ออกซิไดซ4ที่ใช*ในปฏิกริ ิยาออกซิเดชนั แอลดไี ฮดไ4 ปเปน{ กรดคาร4บอกซลิ ิกมีหลายชนิด ได*แกE โพแทสเซยี มเปอร4แมงกาเนยี ส (potassium permanganate, KMnO4), โพแทสเซยี มไดโครเมต (potassium dichromate, K2Cr2O7) โซเดยี มไดโครเมต (sodium dichromate, Na2Cr2O7) และกรดโครมกิ (chromic aicd, H2CrO4) เป{นต*น ดังรปู ท่ี 3-75 และแสดงตวั อยาE งดังรูปที่ 3-76 O [O] O RCH (oxidizing agent) R C OH aldehyde carboxylic acid O [O] no reaction C (oxidizing agent) RR ketone oxidizing agents : NaClO, Na2Cr2O7, K2Cr2O7 KMnO4, Ag2O รปู ที่ 3-75 ปฏกิ ิริยาออกซิเดชันของแอลดีไฮด4 O Na2Cr2O7 O CH3CH2 C H dil H2SO4 CH3CH2 C OH propionaldehyde propionic acid O Ag2O O CH C OH THF/H2O cyclopent-3-ene-1-carbaldehyde cyclopent-3-ene-1-carboxylic acid รูปที่ 3-76 ตวั อยEางปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชันของแอลดไี ฮด4 โดยปฏิกิริยาออกซเิ ดชนั เปน{ ปฏกิ ิรยิ าทนี่ ำไปใชท* ดสอบสารอินทรยี ท4 ่ีมหี มแูE อลดไี ฮดไ4 ด* ซ่ึงมวี ธิ ีการทดสอบ อยEูหลายวิธี ได*แกE ปฏิกิริยาออกซเิ ดชนั ของแอลดไี ฮดด4 ว* ยซลิ เวอรไ4 อออน (silver ion, Ag ) โดยใช*ซิลเวอรไ4 นเตรต (silver nitrate, AgNO3) ในสารละลายแอมโมเนียมไฮดรอกไซด4 (ammonium hydroxide, NH4OH) หรือเรยี กวาE “ทอลเลนส4รีเอเจนต4 (Tollens’ reagent)” และเรยี กการทดสอบนวี้ Eา “Tollens’ test” หรือ “silver mirror test” เนอื่ งจากเกดิ เปน{ โลหะซิลเวอร4 (silver metal, Ag0) ที่เหน็ ชดั เจนและคลา* ยกบั กระจกเงา ดังรปู ท่ี 3-77 O H2O O C C + 2 Ag(NH3)2 + 3 OH RO + 2 Ag + 4 NH3 + 2 H2O RH aldehyde Tollens reagent carboxylate silver รปู ท่ี 3-77 การทดสอบ silver mirror test การทดสอบกบั เฟห4ลิงรเี อเจนต4 (Fehling’s reagent) หรอื เบเนดกิ ต4รเี อเจนต4 (Benedict’s reagent) เป{น ปฏิกริ ิยาออกซเิ ดชันของหมแEู อลดไี ฮด4กบั คอปเปอรซ4 ัลเฟต (cupper(II) sulfate, CuSO4) เกิดเป{นตะกอนสีแดงอฐิ ของคอปเปอรอ4 อกไซดซ4 (copper(I)oxide, Cu2O) โดยรเี อเจนตท4 ง้ั สองชนดิ นีเ้ ปน{ ตวั ออกซิไดซท4 ่ีอEอน จงึ ไมทE ำ ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 83

บทที่ 3 แอลดีไฮด8และคโี ตน ปฏิกริ ยิ ากับแอลดไี ฮด4ไดท* กุ ชนดิ แตEเกดิ ปฏกิ ิรยิ าได*ชัดเจนกบั สารประเภทน้ำตาล จงึ นยิ มใชท* ดสอบกบั นำ้ ตาลชนิด รดี วิ ซงิ ค4 (reducing sugar) ดงั รูปท่ี 3-78 CHO Cu2+ COOH + Cu2O H OH H OH HO H HO H H OH H OH H OH H OH CH2OH CH2OH glucose gluconic acid Fehling’s reagent: CuSO4, KOH and tataric acid Benedict’s reagent: CuSO4, NaOH and citric acid รปู ที่ 3-78 การทดสอบกับเฟห4ลงิ รเี อเจนต4 และเบเนดิกต4รเี อเจนต4 นอกจากน้ี แอลดไี ฮด4ยังถูกออกซิไดซ4ไดง* าE ยด*วยแสงและแกส— ออกซเิ จน ทำให*สารอนิ ทรีย4ทม่ี ีหมแEู อลดีไฮด4 เปน{ องคป4 ระกอบบางชนดิ ไมEเสถยี รเม่ือสัมผัสกับอากาศในทมี่ แี สงและออกซเิ จน เปลี่ยนไปเป{นกรดคารบ4 อกซิลกิ ได* งาE ย ยกตวั อยาE งเชEน benzaldehyde ถูกออกซิไดซไ4 ดง* าE ยกลายเป{น benzoic acid ดังรปู ท่ี 3-79 O O2, light O H OH benzaldehyde benzoic acid รูปท่ี 3-79 แอลดไี ฮด4ถกู ออกซิไดซไ4 ด*งEายดว* ยแสงและแกส— ออกซิเจน 3.6.9 ปฏกิ ิริยารีดกั ชนั ของแอลดีไฮด8และคีโตน (reduction of aldehyde and ketone) หมคูE ารบ4 อนลิ (C=O) ของแอลดีไฮด4และคโี ตนสามารถถูกรีดวิ ซไ4 ด*เป{นแอลกอฮอล4 (CH-OH) หรือ แอลเคน (-CH2-) ได* ซึ่งขน้ึ อยูกE บั ตวั รดี วิ ซ4 (reducing agent) ท่ีใชใ* นปฏกิ ิริยาดงั รายละเอยี ดตอE ไปนี้ 1) ปฏิกริ ยิ ารีดักชนั ของแอลดไี ฮดแ8 ละคโี ตนไปเป•นแอลกอฮอล8 (reduction to alcohol) แอลดีไฮด4และคีโตนถกู รดี วิ ซ4 ไดผ* ลติ ภัณฑเ4 ป{นแอกอฮอล4ด*วยโลหะไฮไดรด4 (metal hydride reagent) หรือแกส— ไฮโดรเจนทม่ี ีโลหะเปน{ ตัวเรงE ปฏิกริ ิยา (H2/Metal) โดยแอลดไี ฮดถ4 กู รีดิวซ4ได*เปน{ 1o-alcohol สวE นคโี ตน ถกู รีดวิ ซไ4 ด*เปน{ 2o-alcohol ดงั รปู ท่ี 3-80 O reduction R CH2 OH RCH (reducing agent) 1o-alcohol aldehyde O reduction R CH OH RCR (reducting agent) R ketone 2o-alcohol reducing agents : LiAlH4, NaBH4, H2/Ni,Pt,Pd รปู ท่ี 3-80 ปฏิกริ ยิ ารดี กั ชนั ของแอลดีไฮด4และคีโตน ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศริ ิออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 84

บทท่ี 3 แอลดีไฮด8และคโี ตน โลหะไฮไดรด4 (metal hydride reduction) เชนE โซเดยี มโบโรไฮไดรด4 (sodium borohydride, NaBH4) และลเิ ทยี มอะลมู ิเนยี มไฮไดรด4 (lithium aluminum hydride, LiAlH4) นยิ มใช*เปน{ ตัวรดี วิ ซใ4 นปฏกิ ิริยารีดักชนั ของ แอลดไี ฮด4และคีโตนไปเป{นสารแอลกอฮอล4 โดยที่ LiAlH4 มคี วามแรงมากกวEา จึงสามารถรีดวิ ซไ4 ด*ทัง้ แอลดีไฮด4 คโี ตน เอสเทอร4 และกรดคารบ4 อกซิลกิ สEวน NaBH4 เป{นตัวรีดิวซ4ที่ออE นกวEา รีดิวซ4เฉพาะแอลดีไฮดแ4 ละคีโตนเทEานน้ั ดงั รปู ท่ี 3-81 โดยทัง้ NaBH4 และ LiAlH4 เป{นตัวรดี ิวซท4 ีใE ห*ไฮไดรด4 (nucleophile hydride, H ) ซ่งึ เป{นนิวคลีโอ ไฟล4 สามารถเข*าทำปฏกิ ิรยิ ากบั คารบ4 อนอิเล็กโทรไฟล4ของหมคูE าร4บอนลิ แสดงดังรปู ท่ี 3-82 O NaBH4, C2H5OH H OH CH C H cyclohexanecarbaldehyde cyclohexylmethanol O 1. LiAlH4 OH C 2. H2O CH3 CH CH3 CH3 CH3 acetone 2-propanol รูปท่ี 3-81 ตัวอยEางปฏกิ ิรยิ ารดี ักชนั ของแอลดไี ฮด4และคโี ตนโดยใช* NaBH4 และ LiAlH4 O H OR H3O HO R RCH C R C + H(R) R H(R) aldehyde or ketone alkoxide alcohol รปู ท่ี 3-82 กลไกการเกิดปฏิกริ ยิ ารีดกั ชันของแอลดไี ฮดแ4 ละคีโตนโดยใช* NaBH4 และ LiAlH4 ปฏกิ ิรยิ ารีดกั ชนั ของแอลดีไฮดแ4 ละคโี ตนดว* ยแก—สไฮโดรเจน (H2) ท่มี โี ลหะ (Ni, Pt, Pd หรือ Pd-C) เปน{ ตัวเรงE ปฏกิ ริ ยิ า เรียกวาE “catalytic reduction” และได*ผลิตภณั ฑเ4 ปน{ แอลกอฮอล4 ผาE นกลไกที่ H2 เข*าทำปฏิกริ ยิ า กบั คาร4บอนคารบ4 อนิล (C=O) เชนE เดียวกับท่ี H2 เข*าทำปฏกิ ริ ยิ าทพี่ ันธะคขEู องแอลคีน (C=C) โดยเป{นปฏิกริ ยิ าที่เกดิ ได*ทง้ั แอลดีไฮด4 คีโตน แอลคีน และแอลไคน4 ดงั ตัวอยEางรปู ที่ 3-83 O O H OH Ni-H2 Ni-H2 (Raney Nickel) cyclohex-3-enone cyclohexanone cyclohexanol รปู ท่ี 3-83 ตวั อยEางปฏกิ ริ ิยารดี กั ชันของแอลดีไฮดแ4 ละคีโตนโดยใช*แกส— ไฮโดรเจนในตัวเรงE โลหะ 2) ปฏกิ ิรยิ ารดี ักชันของแอลดไี ฮด8และคโี ตนไปเปน• แอลเคน (reduction to alkane) เป{นปฏิกริ ยิ า “ดอี อกซจี เี นชันของแอลดไี ฮด4และคีโตน (deoxygenation of aldehyde and ketone) โดยแทนที่หมูEคารบ4 อนิลของแอลดไี ฮด4หรอื คโี ตนด*วย 2 ไฮโดรเจนอะตอม (2H) เปล่ียนจากหมูEคาร4บอนลิ (C=O) เปน{ เมททลิ ลีน (CH2) ดงั รปู ที่ 3-84 โดยประกอบดว* ย 2 ปฏกิ ิรยิ าทส่ี ำคัญ ไดแ* กE ปฏิกิรยิ าเคลมเมนเซนรดี กั ชัน (Clemmensen reduction) และปฏิกิรยิ าโวลฟ-- คิชเนอร4รดี กั ชัน (Woff-Kishner reduction) รายละเอียดดังน้ี ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ ิออ/ น ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 85

บทที่ 3 แอลดีไฮด8และคโี ตน 2 H2 deoxygenation (4e- reduction) O H2 H OH H2 HH R C R' (2e- reduction) R C R' (2e- reduction) R C R' + H2O alkane aldehyde or ketone รปู ท่ี 3-84 ปฏกิ ริ ิยารีดกั ชนั ของแอลดไี ฮด4และคีโตนไปเป{นแอลเคน 2.1 ปฏกิ ริ ยิ าเครมเมนเซนรดี ักชัน (Clemmensen reduction) เป{นการเปลยี่ นหมูคE าร4บอนิลของแอลดีไฮดห4 รอื คีโตนไปเป{นแอลเคน โดยใช*ตวั เรงE ปฏกิ ริ ิยา คือ “สงั กะสี อะมัลกัมในกรดเขม* ขน* (Zn(Hg)-HCl)” ในสภาวะท่ีเป{นกรด แสดงตัวอยEางดังรูปท่ี 3-85 และเนอ่ื งจากปฏกิ ริ ิยานี้ ต*องทำในสภาวะท่เี ปน{ กรด ดังนั้นจงึ ไมเE หมาะกับสารอนิ ทรยี ท4 ี่เสียสภาพในกรด O Zn(Hg) CH2CH2CH3 C HCl, H2O propylbenzene CH2CH3 propiophenone O Zn(Hg) CH3 CH HCl, H2O methylcyclopentane cyclopentanecarbaldehyde รูปที่ 3-85 ตวั อยาE งปฏิกริ ิยา Clemmensen reduction 2.2 ปฏกิ ิรยิ าโวลฟ€-คิชเนอร8รีดักชัน (Woff-Kishner reduction) เป{นการเปลย่ี นหมคEู ารบ4 อนลิ ของแอลดีไฮดห4 รอื คโี ตนเปน{ แอเคน โดยใชไ* ฮดราซนี (hydrazine, NH2-NH2) ในสภาวะเบสโพแทสเซยี มไฮดรอกไซด4 (KOH) ที่ร*อนเปน{ ตวั เรEงปฏิกริ ยิ า ดังรปู ท่ี 3-86 แสดงตวั อยEางปฏิกิรยิ าดังรปู ท่ี 3-87 และกลไกการเกดิ ปฏกิ ิรยิ าดงั รปู ที่ 3-88 O N NH2 strong base HH R C R' R C R' + H2N NH2 H C + H2O + H2O + NN hydrazine R R' alkane (N2) heat aldehyde or ketone hydrazone strong base: KOH, t-BuOK solvent: ethylene glycol, diethylene glycol, DMSO รูปท่ี 3-86 ปฏิกิรยิ า Woff-Kishner reduction O H2N NH2 N NH2 KOH CH2 CH3 CH2 C H CH2 C H heat 2-cyclohexylacetaldehyde hydrazone ethylcyclohexane รปู ท่ี 3-87 ตวั อยEางปฏกิ ริ ิยา Woff-Kishner reduction ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ ิอ/อน ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 86

บทที่ 3 แอลดีไฮดแ8 ละคโี ตน H OH N N H NNH NNH NN R C R' C R C R' H R R' H OH C + OH R R' hydrazone H H HO H NN NN OH + C R C R' R C R' R R' H H H carbanion alkane รปู ที่ 3-88 กลไกการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า Woff-Kishner reduction ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ อิ /อน ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 87

บทท่ี 3 แอลดีไฮด8และคีโตน 3.7 แบบฝก4 หัดเสรมิ ความเขา> ใจ 1. แสดงโครงสรา* งของสารประกอบแอลดไี ฮดแ4 ละคีโตนตEอไปนี้ 1.1 2,4-dimethyl-3-pentanone 1.2 3-methylcyclopentanone 1.3 2-cyclohexenone 1.4 3-hydroxybutanal 1.5 cyclohexanecarbaldehyde 1.6 2-pentenal 1.7 3-oxopentanal 1.8 b-bromobutyraldehyde 1.9 3-formylbutanoic acid 1.10 3-hydroxycyclopentanecarbaldehyde 1.11 1-phenyl-2-hexenone 1.12 t-butyl a-methoxypropyl ketone 2. อาE นช่ือตามระบบ IUPAC ของแอลดไี อด4และคโี ตนตEอไปน้ี 2.1 OH O 2.2 O CH3 CH CH2 C CH2CH3 C CH2CH3 2.3 2.4 Ph CH3CO(CH2)4CH3 CH3 CH CH2 CHO 2.5 CHO 2.6 O Br 2.8 CHO 2.10 (CH3)3CC(CH3)2CH2COCH3 2.7 Ph CH CHCHO 2.12 2.9 CH3CH2COCH2CHO CH3COCH2CH2CH2COCH2CH3 2.11 O CHO 2.13 O CH3CH2CH2CCH2COOH 2.14 H2N CHO 2.15 CHO 2.16 O CH3 OHC 3. แสดงวิธีการสังเคราะห4 pentanal จากสารตั้งตน* ตอE ไปนี้ 3.1 1-pentanol 3.2 CH3CH2CH2CH2COOH 3.3 5-decene 3.4 CH3CH2CH2C CH ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ ิออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 88

บทท่ี 3 แอลดไี ฮดแ8 ละคโี ตน 4. แสดงวธิ กี ารสังเคราะห4 2-octanone จากสารต้งั ตน* ตEอไปน้ี 4.1 heptanal 4.2 1-octyne 4.3 1,3-dithiane 4.4 2-octanol 4.5 hepanoic acid 4.6 2,3-dimethyl-2-nonene 5. แสดงโครงสรา* งของสารตง้ั ต*น รเี อเจนต4 หรอื ผลิตภัณฑ4ในปฏิกริ ยิ าการสังเคราะห4แอลดไี ฮดแ4 ละ คีโตนตEอไปน้ี 5.1 COOH 1. excess CH3Li 2. H3O 5.2 CH3 CO, HCl AlCl3/CuCl 5.3 O CN + 1. ether 2. H3O 5.4 1. BuLi Br 2. 1,3-dithiane 3. H3O , HgCl2 5.5 1. BuLi O 2. CH3CH2Br PhH2C CH2CH3 3. H3O , HgCl2 5.6 O Cl LiAlH(O-t-Bu)3 5.7 O (CH3CH2)2CuLi Cl 5.8 C CH 1. Sia2BH 5.9 CH3CH2CH2CHO 2. H2O2, NaOH 5.10 CH3CH2CH2OH 1. CH3CH2MgBr 2. H3O 3. Na2Cr2O7, H2SO4 CH3CH2CH2CHO ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ ิอ/อน ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 89

บทที่ 3 แอลดีไฮด8และคโี ตน 5.11 O CH3 5.12 CH3 1. O3 2. Me2S 6. แสดงโครงสรา* งผลติ ภณั ฑท4 ่ีไดจ* ากปฏิกริ ิยาของแอลดไี ฮด4และคีโตนตEอไปน้ี 6.1 O CH3 PhNHNH2, H 6.2 C6H5CH2Br 1. PPh3 2. BuLi 3. acetone 6.3 PPh3 CHO + Ph H 6.4 O 1. PhMgBr 2. H3O 6.5 CHO 1. NH2NH2 2. KOH, heat 3. O3, Me2S 6.6 O O OH 1. PhMgBr HO 2. H3O HH 6.7 O 1. CH3OH (2 mol), H 2. Ph3P CHCH3 CHO 3. H3O 6.8 O NH2 H 6.9 O 6.10 Zn(Hg) HCl, H2O HO O H CH3 6.11 O Ag(NH3)2 OH CHO ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศริ อิ /อน ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 90

บทที่ 3 แอลดไี ฮด8และคโี ตน 6.12 O 1. LiAlH4 CHO 2. H3O 7. แสดงวิธีการสงั เคราะห4พรอ* มเขยี นกลไกการเกดิ ปฏิกริ ยิ าของสารผลิตภัณฑต4 อE ไปนี้จากสารต้งั ตน* benzaldehyde (อาจมีมากกวาE 1 ข้ันตอน) 7.1 NHPh 7.2 H CH2CH3 N H CH3 7.3 CH2 7.4 HO OH H 7.5 H3CO OCH3 7.6 O O Ph CH2CH3 Ph H 8. แสดงโครงสรา* ง A-J ในกลอE งส่เี หลีย่ มตอE ไปน้ี SS CH3CH2CH2CH2C CH ZHn(CHl,gH) 2O D. HH F. A. 1. O3 C. E. Na2Cr2O7 B. 2. Me2S J. H2SO4 2 CH 3OH G. H. H CH2CH3 N NH2 KOH I. CH3 heat CH3 ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศริ อิ /อน ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 91

บทที่ 3 แอลดไี ฮดแ8 ละคโี ตน ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ อิ /อน ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 92