कार्बनिक संश्लेषण: अभिकर्मक, युग्मन अभिक्रियाएँ, नामित अभिक्रियाएँ, रणनीति, ईनोलेट व असममित संश्लेषण

GATE रसायन (CY) पेपर के खंड 3 का कार्बनिक संश्लेषण उप-शीर्षक, पाठ्यक्रम का सबसे लंबा एकल मद, जैसा वह स्वयं सूचीबद्ध करता है: सामान्य क्रियात्मक वर्गों का संश्लेषण, अभिक्रियाएँ व चयनात्मकता; Mg, Li, Cu, B, Zn, P, S, Sn व Si अभिकर्मकों के उपयोग; हेक, सुज़ुकी, स्टिल, सोनोगाशिरा, नेगिशी, कुमाडा, हियामा व त्सुजी–ट्रोस्ट युग्मनों, ओलिफ़िन मेटाथीसिस, मैकमरी युग्मन व बुखवाल्ड–हार्टविग ऐमीनीकरण द्वारा कार्बन–कार्बन आबंध निर्माण; बेलिस–हिलमैन, हेनरी, रिटर, साकुराई, टेब्बे, पॉसन–खांड व नज़ारोव अभिक्रियाएँ; पश्च-संश्लेषी विश्लेषण, वियोजन, सिंथॉन व संश्लेषी तुल्य; परमाणु मितव्ययिता व हरित रसायन; फ़ॉर्मिल व ऐसिल ऋणायन तुल्यों सहित अम्पोलुंग; रसायन-, स्थान- व त्रिविम-चयनात्मकता; संरक्षण व विसंरक्षण; पृथक्करण (एंज़ाइमी सहित), असममितीकरण, किरल सहायकों व कार्बनिक उत्प्रेरण द्वारा असममित संश्लेषण; ईनोलेटों (बोरॉन ईनोलेट सहित), ईनेमीनों व सिलिल ईनोल ईथरों द्वारा C–C व C–विषम परमाणु आबंध निर्माण; क्रैम, प्रेलॉग व फ़ेल्किन–ऐन मॉडलों से C=O पर त्रिविमचयनात्मक योग; तथा असममित इवांस व प्रोलीन-उत्प्रेरित ऐल्डोल अभिक्रियाएँ। विवेचन उस क्रियाविधि व चयनात्मकता के स्तर पर है जिसकी पेपर परीक्षा लेता है; यह प्रयोगशाला पुस्तिका नहीं है।

1. Mg, Li, Cu, B, Zn, P, S, Sn व Si अभिकर्मक

संश्लेषण में मुख्य-समूह व ताम्र अभिकर्मक
तत्वअभिकर्मक प्रकारविशिष्ट उपयोग
Mgग्रीन्यार्ड अभिकर्मक RMgXऐल्डिहाइडों व कीटोनों पर (2° व 3° ऐल्कोहॉल), एस्टरों पर दो बार (3° ऐल्कोहॉल), CO₂ पर (अम्ल), नाइट्राइलों पर (जल-अपघटन के बाद कीटोन) जुड़ते हैं
LiRLi, LDA, LiHMDSअधिक सक्रिय कार्बऋणायन; बलगतिक ईनोलेटों हेतु बाधित, अ-नाभिकस्नेही क्षार के रूप में LDA
Cuगिलमैन क्यूप्रेट R₂CuLiईनोनों पर 1,4-योग, ऐल्किल हैलाइडों व एपॉक्साइडों पर S_N2, अति-योग के बिना ऐसिड क्लोराइड → कीटोन
Bबोरेन, बोरोनिक अम्ल, बोरॉन ईनोलेटहाइड्रोबोरेशन, सुज़ुकी युग्मन, सिन-चयनात्मक ऐल्डोल
Znरिफ़ॉर्मात्स्की, सिमंस–स्मिथ, कार्बज़िंकα-ब्रोमो एस्टरों से β-हाइड्रॉक्सी एस्टर; CH₂I₂/Zn(Cu) साइक्लोप्रोपेनीकरण (त्रिविमविशिष्ट); नेगिशी युग्मन
Pफ़ॉस्फ़ोनियम इलाइड, फ़ॉस्फ़ोनेटविटिग: अस्थायीकृत इलाइड मुख्यतः Z-ऐल्कीन, स्थायीकृत E देते हैं; हॉर्नर–वॉड्सवर्थ–एमंस E-ईनोएट देता है
Sसल्फ़र इलाइड, 1,3-डाइथायेन, सल्फ़ोनकोरी–चाइकोव्स्की एपॉक्साइड (सल्फ़ोनियम) व ईनोनों से साइक्लोप्रोपेन (सल्फ़ॉक्सोनियम); डाइथायेन ऐसिल-ऋणायन तुल्य; जूलिया ओलिफ़िनीकरण
Snकार्बस्टैनेन, Bu₃SnHस्टिल युग्मन; मूलक विहैलोजनीकरण, बार्टन–मैककॉम्बी विऑक्सीजनीकरण, मूलक चक्रीकरण
Siसिलिल ईथर, ऐलिलसिलेन, सिलिल ईनोल ईथरसंरक्षी समूह (TMS, TBS, TIPS); साकुराई ऐलिलीकरण; मुकायामा ऐल्डोल; पीटरसन ओलिफ़िनीकरण; हियामा युग्मन

दो सिद्धांत इन्हें जोड़ते हैं। ध्रुवता: विद्युत-धनात्मक धातु से जुड़ा कार्बन नाभिकस्नेही है, और C–M आबंध जितना आयनिक (Li > Mg > Zn > Cu > B, Sn, Si), अभिकर्मक उतना सक्रिय व कम चयनात्मक। सिलिकॉन के विशेष प्रभाव: C–Si आबंध β-कार्बन पर धनात्मक आवेश स्थायी करता है (β-सिलिकॉन प्रभाव, σC–Si → p अतिव्यापन से), जो ऐलिलसिलेनों के γ-कार्बन पर इलेक्ट्रॉनस्नेहियों को निर्देशित करता है; सिलिकॉन O व F से अति प्रबल आबंध भी बनाता है, जो पीटरसन विलोपन, ब्रुक पुनर्व्यवस्था व फ़्लुओराइड-प्रेरित विसिलिलीकरण चलाता है।

2. पैलेडियम-उत्प्रेरित युग्मन, मेटाथीसिस व मैकमरी युग्मन

अनुप्रस्थ-युग्मन एक उत्प्रेरक चक्र साझा करते हैं: Pd(0) पर ऐरिल, वाइनिल या ऐलिल हैलाइड (या ट्राइफ़्लेट) का ऑक्सीकारक योगज, मुख्य-समूह धातु से पैलेडियम पर दूसरे कार्बनिक समूह का पारधात्वीकरण, तथा नया C–C आबंध बनाने व Pd(0) पुनर्जीवित करने हेतु अपचायक विलोपन। वे नाभिकस्नेही साथी में भिन्न हैं। हेक अभिक्रिया इसके बजाय हैलाइड को ऐल्कीन से युग्मित करती है: ऑक्सीकारक योगज के बाद ऐल्कीन Pd–C में निवेशित होती है और β-हाइड्राइड विलोपन प्रतिस्थापित ऐल्कीन (सामान्यतः E) मुक्त करता है, क्षार Pd(0) पुनर्जीवित करता है — कोई पारधात्वीकरण नहीं।

नामित युग्मन
अभिक्रियानाभिकस्नेही साथीटिप्पणियाँ
सुज़ुकीकार्बबोरॉन R–B(OH)₂ + क्षारक्षार बोरेट बनाता है जो पारधात्वीकरण करता है; अविषाक्त, वायु-स्थायी अभिकर्मक
स्टिलकार्बस्टैनेन R–SnBu₃अधिकांश क्रियात्मक समूहों को सहन करता है; टिन अवशेष विषाक्त हैं
सोनोगाशिराअंतस्थ ऐल्काइन + CuI + ऐमीनताम्र ऐसीटिलाइड पारधात्वीकरण करता है; ऐरिल- व ईनाइन देता है
नेगिशीकार्बज़िंक R–ZnXअति सक्रिय, sp³ साथियों को भली-भाँति युग्मित करता है
कुमाडाग्रीन्यार्ड R–MgX (Ni या Pd)प्रथम अनुप्रस्थ-युग्मन; ग्रीन्यार्ड सक्रियता से सीमित
हियामाकार्बसिलेन + F⁻ सक्रियकफ़्लुओराइड पंच-उपसहसंयोजी सिलिकेट बनाता है जो पारधात्वीकरण करता है
त्सुजी–ट्रोस्टऐलिलिक ऐसीटेट पर मृदु नाभिकस्नेही (मैलोनेट)η³-ऐलिल Pd(II) द्वारा; दो प्रतिलोमन कुल प्रतिधारण देते हैं
बुखवाल्ड–हार्टविगऐमीन + प्रबल क्षार, भारी फ़ॉस्फ़ीनऐरिल C–N आबंध बनाता है (ऐरिलऐमीन)

ओलिफ़िन मेटाथीसिस (ग्रब्स Ru या श्रॉक Mo कार्बीन, मेटालासाइक्लोब्यूटेन द्वारा) वलय बंद करता है (RCM, डाईन से एथिलीन मुक्त करते हुए), तनावग्रस्त वलय खोलता है (ROMP) और ऐल्कीन साथियों का विनिमय करता है (अनुप्रस्थ मेटाथीसिस)। मैकमरी युग्मन निम्न-संयोजी टाइटेनियम (Zn, LiAlH₄ या Zn–Cu से अपचित TiCl₃ या TiCl₄) सहित दो कीटोनों या ऐल्डिहाइडों को ऐल्कीन में जोड़ता है: एकल-इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण कीटिल मूलक देता है जो युग्मित होकर टाइटेनियम पिनाकोलेट बनाते हैं, जिसे फिर ऑक्सीजन-प्रेमी टाइटेनियम विऑक्सीजनित करता है; अंतराण्विक रूप मध्यम व बड़े वलय बनाते हैं।

3. बेलिस–हिलमैन, हेनरी, रिटर, साकुराई, टेब्बे, पॉसन–खांड व नज़ारोव अभिक्रियाएँ

  • मोरिटा–बेलिस–हिलमैन: सक्रियित ऐल्कीन (ऐक्रिलेट, ऐक्रिलोनाइट्राइल, ईनोन) व ऐल्डिहाइड नाभिकस्नेही तृतीयक ऐमीन (DABCO) या फ़ॉस्फ़ीन उत्प्रेरक के अधीन मिलकर α-मेथिलीन-β-हाइड्रॉक्सी कार्बोनिल यौगिक देते हैं। उत्प्रेरक 1,4 जुड़ता है, उभयायनी ईनोलेट ऐल्डिहाइड पर आक्रमण करता है, और विलोपन उत्प्रेरक मुक्त करता है — परमाणु-मितव्ययी पर धीमी।
  • हेनरी (नाइट्रोऐल्डोल): क्षार से विप्रोटॉनित नाइट्रोऐल्केन ऐल्डिहाइड या कीटोन पर जुड़कर β-नाइट्रो ऐल्कोहॉल देता है, जिसे नाइट्रोऐल्कीन में निर्जलित या β-ऐमीनो ऐल्कोहॉल में अपचित किया जा सकता है।
  • रिटर: प्रबल अम्ल में तृतीयक ऐल्कोहॉल या ऐल्कीन से बना कार्बधनायन नाइट्राइल के नाइट्रोजन द्वारा ग्रहण किया जाता है; नाइट्रिलियम आयन जलयोजित होकर N-ऐल्किल ऐमाइड देता है, उदा. t-BuOH + CH₃CN → N-टर्ट-ब्यूटिलऐसीटैमाइड।
  • होसोमी–साकुराई: ऐलिलसिलेन लुइस अम्ल (TiCl₄) से सक्रियित ऐल्डिहाइड, कीटोन या ऐसीटल पर अपने γ-कार्बन से जुड़ता है; बना β-सिलिल धनायन सिलिल समूह खोकर विस्थापित द्वि-आबंध वाला होमोऐलिलिक ऐल्कोहॉल देता है।
  • टेब्बे ओलिफ़िनीकरण: टेब्बे अभिकर्मक, Cp₂Ti(μ-Cl)(μ-CH₂)AlMe₂, श्रॉक कार्बीन Cp₂Ti=CH₂ मुक्त करता है, जो ऑक्साटाइटेनासाइक्लोब्यूटेन द्वारा C=O को C=CH₂ में बदलता है। विटिग अभिकर्मक से भिन्न यह एस्टरों व लैक्टोनों को (ईनोल ईथरों में) मेथिलीनीकृत करता है और संवेदी α-त्रिविम केंद्रों का एपिमरीकरण नहीं करता।
  • पॉसन–खांड: ऐल्काइन, ऐल्कीन व CO, Co₂(CO)₈ पर मिलकर साइक्लोपेंटीनोन देते हैं — औपचारिक [2 + 2 + 1] चक्रीय योगज जो तीन नए C–C आबंध बनाता है; अंतराण्विक रूप द्विचक्रीय वलय बनाते हैं।
  • नज़ारोव चक्रीकरण: प्रोटिक या लुइस अम्ल से सक्रियित डाइवाइनिल कीटोन पेंटाडाइनिल धनायन बनाता है जो ऊष्मीय 4π संघूर्णी विद्युतचक्रीकरण द्वारा ऑक्सीऐलिल धनायन देता है; विलोपन साइक्लोपेंटीनोन देता है।

4. पश्च-संश्लेषण, अम्पोलुंग, हरित रसायन, चयनात्मकता व संरक्षी समूह

पश्च-संश्लेषी विश्लेषण लक्ष्य से पीछे की ओर वियोजनों द्वारा कार्य करता है — काल्पनिक आबंध विदलन जो ज्ञात अभिक्रियाओं के संगत हों — आदर्शीकृत खंड, सिंथॉन, देते हुए, जिन्हें फिर वास्तविक अभिकर्मकों, संश्लेषी तुल्यों, से मिलाया जाता है। अच्छे वियोजन क्रियात्मक समूहों के बगल के आबंधों पर होते हैं, सममिति बनाते या वलयों को सरल करते हैं, और अणु की स्वाभाविक ध्रुवता का पालन करते हैं: कार्बोनिल के α पर C–C आबंध ईनोलेट (नाभिकस्नेही सिंथॉन) व ऐल्किल हैलाइड (इलेक्ट्रॉनस्नेही सिंथॉन) में वियोजित होता है; 1,3-द्वि-ऑक्सीजनित प्रतिरूप ऐल्डोल, 1,5-डाइकार्बोनिल माइकल योग, साइक्लोहेक्सीनोन रॉबिन्सन वलयन, साइक्लोहेक्सीन डील्स–ऐल्डर अभिक्रिया सुझाता है।

अम्पोलुंग (ध्रुवता उत्क्रमण) सामान्यतः इलेक्ट्रॉनस्नेही कार्बन को नाभिकस्नेही बनाता है। कार्बोनिल कार्बन इलेक्ट्रॉनस्नेही है, अतः ऐसिल ऋणायन (RC⁻=O) या फ़ॉर्मिल ऋणायन "अप्राकृतिक" सिंथॉन है। उसके संश्लेषी तुल्य: ऐल्डिहाइड का 1,3-डाइथायेन, BuLi से C2 पर विप्रोटॉनित व ऐल्किलीकृत, फिर Hg²⁺ से कीटोन में जल-अपघटित (कोरी–सीबाख); सायनोहाइड्रिन ऋणायन तथा बेंज़ोइन अभिक्रिया का सायनाइड/थायाज़ोलियम उत्प्रेरण; नाइट्रोऐल्केन ऋणायन और उसके बाद नेफ़ अभिक्रिया; तथा लिथियमीकृत वाइनिल ईथर। परमाणु मितव्ययिता = (वांछित उत्पाद का मोलर द्रव्यमान)/(सभी अभिकारकों के मोलर द्रव्यमानों का योग) × 100%: पुनर्व्यवस्थाएँ, योग व डील्स–ऐल्डर अभिक्रियाएँ 100% तक पहुँचती हैं, जबकि विटिग अभिक्रियाएँ भारी Ph₃PO व्यर्थ करती हैं। यह हरित रसायन के बारह सिद्धांतों में एक है, रससमीकरणमितीय अभिकर्मकों के बजाय उत्प्रेरण, सुरक्षित विलायकों, तथा माप के रूप में E-गुणक (प्रति kg उत्पाद kg अपशिष्ट) सहित।

चयनात्मकता: रसायन-चयनात्मकता (NaBH₄ उसी अणु में कीटोन को अपचित करता है पर एस्टर को नहीं), स्थान-चयनात्मकता (हाइड्रोबोरेशन बोरॉन को कम प्रतिस्थापित कार्बन पर रखता है), त्रिविम-चयनात्मकता (अप्रतिबिंब- व प्रतिबिंब-चयनात्मकता)। जब चयनात्मकता प्राप्त न हो सके, तब समूह को संरक्षित किया जाता है। आदर्श संरक्षी समूह उन प्रतिबंधों में उच्च लब्धि से लगता व हटता है जो शेष सब कुछ अछूता छोड़ें, और परस्पर अपवर्जी प्रतिबंधों में हटने वाला समुच्चय लांबिक है।

सामान्य संरक्षी समूह
संरक्षित समूहसंरक्षी समूहहटाया जाता है
ऐल्कोहॉलTBS (टर्ट-ब्यूटिलडाइमेथिलसिलिल) ईथरF⁻ (TBAF) या अम्ल
ऐल्कोहॉलबेंज़िल ईथरH₂, Pd/C (हाइड्रोजनअपघटन)
ऐल्कोहॉलTHP या MOM ऐसीटलजलीय अम्ल
ऐल्डिहाइड, कीटोन1,3-डाइऑक्सोलेन (एथिलीन ग्लाइकॉल, H⁺)जलीय अम्ल; क्षार, हाइड्राइड व कार्बधात्विकों के प्रति स्थायी
ऐमीनBoc (टर्ट-ब्यूटॉक्सीकार्बोनिल)अम्ल (TFA)
ऐमीनCbz (बेंज़िलॉक्सीकार्बोनिल)H₂, Pd/C
ऐमीनFmoc (फ़्लुओरीनिलमेथॉक्सीकार्बोनिल)क्षार (पिपेरिडीन)
कार्बोक्सिलिक अम्लमेथिल, टर्ट-ब्यूटिल, बेंज़िल एस्टरक्रमशः क्षारीय जल-अपघटन, अम्ल, हाइड्रोजनअपघटन

5. ईनोलेट (बोरॉन ईनोलेट सहित), ईनेमीन व सिलिल ईनोल ईथर

ईनोलेट उभयदंती नाभिकस्नेही हैं जो सामान्यतः कार्बन इलेक्ट्रॉनस्नेहियों से कार्बन पर अभिक्रिया करते हैं। असममित कीटोन दो देता है: −78 °C पर THF में LDA अधिक सुलभ प्रोटॉन तीव्र व अनुत्क्रमणीय रूप से हटाकर कम प्रतिस्थापित बलगतिक ईनोलेट बनाता है; उच्चतर ताप पर प्रोटिक विलायक में दुर्बल क्षार (NaOEt, KOt-Bu) अधिक प्रतिस्थापित ऊष्मागतिक ईनोलेट में साम्यन होने देता है। ईनोलेट ऐल्किलीकृत होते हैं (प्राथमिक हैलाइडों पर S_N2), ऐल्डिहाइडों पर जुड़ते हैं (ऐल्डोल अभिक्रिया, β-हाइड्रॉक्सी कार्बोनिल देते हुए जो E1cB से निर्जलित हो सकते हैं), एस्टरों का ऐसिलीकरण करते हैं (क्लाइज़ेन संघनन, β-कीटो एस्टर उत्पाद के विप्रोटॉनीकरण से प्रेरित), ईनोनों पर 1,4 जुड़ते हैं (माइकल), और क्रम में माइकल + अंतराण्विक ऐल्डोल साइक्लोहेक्सीनोन बनाते हैं (रॉबिन्सन वलयन)।

ऐल्डोल त्रिविम रसायन कुर्सी-सदृश षट्सदस्यी संक्रमण अवस्था (ज़िमरमैन–ट्रैक्सलर) में तय होता है जिसमें धातु ईनोलेट ऑक्सीजन व ऐल्डिहाइड ऑक्सीजन को जोड़ती है और ऐल्डिहाइड प्रतिस्थापी छद्म-विषुवतीय बैठता है: Z-ईनोलेट सिन ऐल्डोल तथा E-ईनोलेट ऐंटी ऐल्डोल देते हैं। बोरॉन ईनोलेट, संक्रमण अवस्था को कसने वाले छोटे B–O आबंधों सहित, इसे सबसे स्पष्ट दिखाते हैं: i-Pr₂NEt सहित Bu₂BOTf, Z-ईनोलेट व उच्च चयनात्मकता से सिन उत्पाद देता है। ईनेमीन (कीटोन व पाइरोलिडीन जैसे द्वितीयक ऐमीन से) उदासीन ईनोलेट तुल्य हैं जो बहु-ऐल्किलीकरण के बिना कार्बन पर ऐल्किलीकृत व ऐसिलीकृत होते हैं और जल-अपघटन से वापस कीटोन देते हैं (स्टॉर्क ईनेमीन अभिक्रिया)। R₃SiCl व क्षार से बने सिलिल ईनोल ईथर पृथक्करणीय ईनोल तुल्य हैं; लुइस अम्ल (TiCl₄) सहित वे ऐल्डिहाइडों पर (मुकायामा ऐल्डोल) व ईनोनों पर (मुकायामा–माइकल) जुड़ते हैं, और स्थान-चयनात्मक रूप से हैलोजनीकृत या ऑक्सीकृत होते हैं।

6. त्रिविमचयनात्मक C=O योग व असममित संश्लेषण

त्रिविम केंद्र के बगल के कार्बोनिल पर जुड़ने वाला नाभिकस्नेही (M = मध्यम, L = बड़ा, S = छोटा प्रतिस्थापी) एक अप्रतिबिंबस्थलीय फलक पसंद करता है। क्रैम नियम बड़े समूह को कार्बोनिल ऑक्सीजन के ऐंटी रखता था; आधुनिक फ़ेल्किन–ऐन मॉडल सबसे बड़े समूह (या सबसे इलेक्ट्रॉन-आकर्षी, σ*-ग्राही समूह) को C=O के लंबवत रखता है, आने वाले नाभिकस्नेही के ऐंटी, जो फिर सबसे छोटे प्रतिस्थापी के पास से बर्गी–डुनिट्ज़ प्रक्षेप-पथ (लगभग 107°) पर आता है। जब α-प्रतिस्थापी कीलेट बना सके (OR, NR₂) और धातु सेतु बना सके (Mg²⁺, Zn²⁺, Ti⁴⁺), तब कीलेशन-नियंत्रित (क्रैम कीलेट) मॉडल कार्बोनिल व α-विषम परमाणु को सिन बाँधकर विपरीत, प्रति-फ़ेल्किन उत्पाद देता है। प्रेलॉग नियम किरल ऐल्कोहॉल के α-कीटो एस्टर पर ग्रीन्यार्ड योग से α-हाइड्रॉक्सी अम्ल का विन्यास अनुमानित करता है, एस्टर समूह आंतरिक किरल सहायक की भाँति कार्य करते हुए।

एकल प्रतिबिंबरूपों के मार्ग। पृथक्करण रेसेमिक को पृथक करता है: पारंपरिक रूप से किरल अम्ल या क्षार के साथ अप्रतिबिंबरूपी लवणों द्वारा, या एंज़ाइमी रूप से — लाइपेज़ एक प्रतिबिंबरूप का कहीं तीव्र ऐसिलीकरण या जल-अपघटन करता है (बलगतिक पृथक्करण), अतः प्रत्येक प्रतिबिंबरूप के रूप में अधिकतम 50% पदार्थ पुनः प्राप्त हो सकता है। असममितीकरण मेसो या पूर्व-किरल यौगिक को एक प्रतिबिंबरूप में बदलता है, 100% सैद्धांतिक लब्धि सहित: सुअर यकृत एस्टरेज़ मेसो डाइएस्टर के दो प्रतिबिंबस्थलीय एस्टरों में एक का जल-अपघटन करता है। किरल सहायक जोड़ा जाता है, अप्रतिबिंबचयनात्मक अभिक्रिया निर्देशित करता है और हटाया जाता है: इवांस ऐल्डोल में N-ऐसिल ऑक्साज़ोलिडिनोन (ऐमीनो ऐल्कोहॉल से) का Z-बोरॉन ईनोलेट ऐसी ज़िमरमैन–ट्रैक्सलर कुर्सी द्वारा जुड़ता है जिसमें सहायक का प्रतिस्थापी एक फलक रोकता है और द्विध्रुव न्यूनीकरण वलय को अभिविन्यस्त करता है, अति उच्च अप्रतिबिंबचयनात्मकता से "इवांस सिन" ऐल्डोल देते हुए; सहायक फिर विदलित व पुनर्चक्रित होता है। कार्बनिक उत्प्रेरण छोटे किरल कार्बनिक अणु प्रयुक्त करता है: L-प्रोलीन ऐसीटोन के साथ ईनेमीन बनाता है जो ऐल्डिहाइड पर जुड़ता है, कार्बोक्सिलिक अम्ल संक्रमण अवस्था में हाइड्रोजन-आबंध बनाकर ऐल्डिहाइड को निर्देशित करता है, और प्रतिबिंबचयनात्मक रूप से β-हाइड्रॉक्सी कीटोन देता है (साइक्लोहेक्सेनोन दाता होने पर ऐंटी अप्रतिबिंबरूप) — वही ईनेमीन उत्प्रेरण जो अंतराण्विक हाजोस–पैरिश–एडर–सॉयर–वीशर्ट अभिक्रिया में है।

मुख्य बिंदु

  • कार्बधात्विक सक्रियता C–M आयनिकता का अनुसरण करती है (Li > Mg > Zn > Cu > B, Sn, Si); क्यूप्रेट 1,4 जुड़ते हैं; विटिग अस्थायीकृत इलाइड Z, स्थायीकृत E देते हैं; β-सिलिकॉन धनायन स्थायी करता है।
  • अनुप्रस्थ-युग्मन: ऑक्सीकारक योगज, पारधात्वीकरण, अपचायक विलोपन (B सुज़ुकी, Sn स्टिल, Cu-ऐसीटिलाइड सोनोगाशिरा, Zn नेगिशी, Mg कुमाडा, Si + F⁻ हियामा); हेक इसके बजाय β-H विलोपन प्रयुक्त करता है; त्सुजी–ट्रोस्ट π-ऐलिल द्वारा; बुखवाल्ड–हार्टविग C–N बनाता है।
  • बेलिस–हिलमैन (DABCO), हेनरी (β-नाइट्रो ऐल्कोहॉल), रिटर (धनायनों व नाइट्राइलों से ऐमाइड), साकुराई (ऐलिलसिलेन), टेब्बे (एस्टरों का मेथिलीनीकरण), पॉसन–खांड (साइक्लोपेंटीनोन, तीन C–C आबंध), नज़ारोव (4π संघूर्णी)।
  • सिंथॉनों में वियोजित करें और संश्लेषी तुल्य मिलाएँ; डाइथायेन ऐसिल-ऋणायन तुल्य हैं (अम्पोलुंग); परमाणु मितव्ययिता = उत्पाद द्रव्यमान/अभिकारक द्रव्यमान; लांबिक संरक्षण (TBS/F⁻, Bn/H₂, Boc/अम्ल, Fmoc/क्षार)।
  • −78 °C पर LDA बलगतिक ईनोलेट देता है; Z-ईनोलेट सिन ऐल्डोल देते हैं (बोरॉन ईनोलेट सबसे स्पष्ट); फ़ेल्किन–ऐन: L लंबवत, S के पास से आक्रमण; कीलेशन इसे उलटता है; पृथक्करण ≤ 50%, असममितीकरण 100% तक; इवांस सिन ऐल्डोल; प्रोलीन ईनेमीन उत्प्रेरण।

अभ्यास प्रश्न (18)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. विटिग अभिक्रिया Ph₃P=CH₂ (276.32 g/mol) + साइक्लोहेक्सेनोन (98.15 g/mol) → मेथिलीनसाइक्लोहेक्सेन (96.17 g/mol) + Ph₃PO की परमाणु मितव्ययिता, प्रतिशत में एक दशमलव स्थान तक, परिकलित करें।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 25.7

    परमाणु मितव्ययिता = 96.17/(276.32 + 98.15) × 100 = 96.17/374.47 × 100 = 25.7%। द्रव्यमान का तीन-चौथाई ट्राइफ़ेनिलफ़ॉस्फ़ीन ऑक्साइड के रूप में निकलता है, इसीलिए 100% लब्धि पर भी विटिग अभिक्रिया इस हरित-रसायन माप पर कम अंक पाती है।

  2. रेसेमिक ऐल्कोहॉल के आदर्श एंज़ाइमी बलगतिक पृथक्करण में आरंभिक पदार्थ का अधिकतम कितना प्रतिशत अनभिकृत, प्रतिबिंबशुद्ध ऐल्कोहॉल के रूप में पुनः प्राप्त हो सकता है?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 50

    रेसेमिक में प्रत्येक प्रतिबिंबरूप 50% है; एंज़ाइम एक को बदलता और दूसरे को छोड़ता है, अतः अनभिकृत प्रतिबिंबरूप के रूप में अधिकतम 50% पुनः प्राप्त होता है। मेसो यौगिक का असममितीकरण, या सब्सट्रेट को रेसेमीकृत करने वाला गतिक बलगतिक पृथक्करण, 50% से अधिक दे सकते हैं।

  3. मेथिल बेंज़ोएट को 2-फ़ेनिलप्रोपेन-2-ऑल में बदलने पर मेथिलमैग्नीशियम ब्रोमाइड के कितने तुल्यांक उपभुक्त होते हैं?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 2

    पहला तुल्यांक एस्टर पर जुड़कर मेथॉक्साइड निकालता है, ऐसीटोफ़ीनोन देते हुए, जो एस्टर से अधिक सक्रिय है और तुरंत दूसरा तुल्यांक लेता है; जलीय उपचार तृतीयक ऐल्कोहॉल PhC(CH₃)₂OH देता है। कीटोन पर रुकने हेतु वाइनरेब ऐमाइड या क्यूप्रेट चाहिए।

  4. ऐल्काइन, ऐल्कीन व CO की अंतराआण्विक पॉसन–खांड अभिक्रिया से साइक्लोपेंटीनोन बनने में कितने नए कार्बन–कार्बन आबंध बनते हैं?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 3

    पंचसदस्यी वलय एक ऐल्काइन कार्बन को एक ऐल्कीन कार्बन से, तथा CO कार्बन को दूसरे ऐल्काइन कार्बन व दूसरे ऐल्कीन कार्बन से जोड़ता है: औपचारिक [2 + 2 + 1] चक्रीय योगज में तीन नए C–C आबंध। केवल CO से दो आबंध गिनना ऐल्काइन–ऐल्कीन आबंध छोड़ देता है।

  5. सामान्य Pd-उत्प्रेरित अनुप्रस्थ-युग्मन चक्र का कौन-सा चरण हेक अभिक्रिया में अनुपस्थित है?

    1. पारधात्वीकरण
    2. ऑक्सीकारक योगज
    3. ऐल्कीन निवेशन
    4. β-हाइड्राइड विलोपन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — पारधात्वीकरण

    हेक अभिक्रिया में ऐरिल-Pd(II) स्पीशीज़ ऐल्कीन से प्रवासी निवेशन व फिर β-हाइड्राइड विलोपन द्वारा अभिक्रिया करती है, और क्षार Pd(II) से HX हटाकर Pd(0) पुनर्जीवित करता है; कोई कार्बधात्विक साथी पारधात्वीकृत नहीं होता। निवेशन व β-H विलोपन ठीक वे चरण हैं जो उसका स्थान लेते हैं।

  6. युग्मन को उसके नाभिकस्नेही साथी से मिलाएँ। कौन-से युग्मन सही हैं?

    1. सुज़ुकी — क्षार सहित ऐरिलबोरोनिक अम्ल
    2. सोनोगाशिरा — CuI व ऐमीन सहित अंतस्थ ऐल्काइन
    3. हियामा — फ़्लुओराइड से सक्रियित कार्बसिलेन
    4. नेगिशी — कार्बस्टैनेन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — सुज़ुकी — क्षार सहित ऐरिलबोरोनिक अम्ल; B — सोनोगाशिरा — CuI व ऐमीन सहित अंतस्थ ऐल्काइन; C — हियामा — फ़्लुओराइड से सक्रियित कार्बसिलेन

    सुज़ुकी बोरॉन, सोनोगाशिरा स्वस्थाने बना ताम्र ऐसीटिलाइड, तथा हियामा फ़्लुओरोसिलिकेट के रूप में नाभिकस्नेही बनाया सिलेन प्रयुक्त करता है। नेगिशी कार्बज़िंक अभिकर्मक प्रयुक्त करता है; कार्बस्टैनेन स्टिल युग्मन के हैं।

  7. Pd(PPh₃)₄ सहित चक्रीय ऐलिलिक ऐसीटेट की सोडियम डाइमेथिल मैलोनेट से त्सुजी–ट्रोस्ट अभिक्रिया कुल मिलाकर किसके साथ होती है?

    1. प्रतिधारण, क्योंकि Pd प्रतिलोमन सहित ऐसीटेट को हटाता है और मृदु नाभिकस्नेही π-ऐलिल पर Pd के ऐंटी आक्रमण करता है
    2. प्रतिलोमन, S_N2 अभिक्रिया की भाँति
    3. मुक्त कार्बधनायन द्वारा पूर्ण रेसेमीकरण
    4. कोई अभिक्रिया नहीं, क्योंकि मैलोनेट बहुत दुर्बल हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — प्रतिधारण, क्योंकि Pd प्रतिलोमन सहित ऐसीटेट को हटाता है और मृदु नाभिकस्नेही π-ऐलिल पर Pd के ऐंटी आक्रमण करता है

    Pd(0) ऐसीटेट के ऐंटी ऐलिलिक कार्बन पर आक्रमण कर (पहला प्रतिलोमन) η³-ऐलिल Pd(II) देता है; फिर मृदु स्थायीकृत कार्बऋणायन पैलेडियम के विपरीत ऐलिल फलक पर आक्रमण करता है (दूसरा प्रतिलोमन)। दो प्रतिलोमन कुल प्रतिधारण बनाते हैं। पहले Pd पर आक्रमण करने वाले कठोर नाभिकस्नेही इसके बजाय प्रतिलोमन देते हैं।

  8. एस्टर C=O को C=CH₂ में बदलने हेतु विटिग अभिकर्मक के बजाय टेब्बे अभिकर्मक क्यों पसंद किया जाता है?

    1. टाइटेनियम मेथिलिडीन एस्टरों का मेथिलीनीकरण कर ईनोल ईथर देने हेतु पर्याप्त ऑक्सीजन-प्रेमी है, जो फ़ॉस्फ़ोरस इलाइड सामान्यतः नहीं करते
    2. यह E-ऐल्कीन देने वाला स्थायीकृत इलाइड है
    3. यह मूलक शृंखला से अभिक्रिया करता है
    4. इसे धातु नहीं चाहिए
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — टाइटेनियम मेथिलिडीन एस्टरों का मेथिलीनीकरण कर ईनोल ईथर देने हेतु पर्याप्त ऑक्सीजन-प्रेमी है, जो फ़ॉस्फ़ोरस इलाइड सामान्यतः नहीं करते

    Cp₂Ti=CH₂ ऑक्साटाइटेनासाइक्लोब्यूटेन द्वारा प्रबल Ti–O आबंध बनाता है और इसलिए एस्टर व लैक्टोन कार्बोनिलों का भी मेथिलीनीकरण करता है, और यह अक्षारीय है, अतः α-त्रिविम केंद्र बचे रहते हैं। विटिग इलाइड ऐल्डिहाइडों व कीटोनों से अभिक्रिया करते हैं पर सामान्यतः एस्टरों से नहीं।

  9. सांद्र H₂SO₄ में ऐसीटोनाइट्राइल सहित टर्ट-ब्यूटेनॉल, और फिर जल, देता है

    1. N-टर्ट-ब्यूटिलऐसीटैमाइड (रिटर अभिक्रिया)
    2. टर्ट-ब्यूटिल ऐसीटेट
    3. 2,2-डाइमेथिलप्रोपेननाइट्राइल
    4. केवल ऐसीटिक अम्ल व आइसोब्यूटिलीन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — N-टर्ट-ब्यूटिलऐसीटैमाइड (रिटर अभिक्रिया)

    अम्ल टर्ट-ब्यूटिल धनायन बनाता है, नाइट्राइल नाइट्रोजन उसे ग्रहण कर नाइट्रिलियम आयन देता है, और जल कार्बन पर जुड़ता है; चलावयवीकरण CH₃CONH–C(CH₃)₃ देता है। C–N आबंध नाइट्रोजन पर बनता है, कार्बन पर नहीं, अतः कोई नाइट्राइल या एस्टर नहीं बनता।

  10. नज़ारोव चक्रीकरण में मुख्य वलय-निर्माण चरण है

    1. पेंटाडाइनिल धनायन का ऊष्मीय 4π संघूर्णी विद्युतचक्रीकरण
    2. 6π असंघूर्णी विद्युतचक्रीकरण
    3. [2 + 2] प्रकाश-चक्रीय योगज
    4. ऐल्डोल संघनन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — पेंटाडाइनिल धनायन का ऊष्मीय 4π संघूर्णी विद्युतचक्रीकरण

    डाइवाइनिल कीटोन का अम्ल-सक्रियण पाँच कार्बनों पर चार π इलेक्ट्रॉनों वाला 3-ऑक्सीपेंटाडाइनिल धनायन देता है; 4π तंत्रों हेतु ऊष्मीय वुडवर्ड–हॉफ़मैन नियम संघूर्णी है, जो नए वलय का आपेक्षिक त्रिविम रसायन तय करता है। फिर ऑक्सीऐलिल धनायन से विलोपन साइक्लोपेंटीनोन देता है।

  11. 2-फ़ेनिल-1,3-डाइथायेन का BuLi से विप्रोटॉनीकरण, CH₃I से ऐल्किलीकरण तथा जलीय ऐसीटोनाइट्राइल में HgCl₂ से जल-अपघटन देता है

    1. ऐसीटोफ़ीनोन — डाइथायेन बेंज़ॉयल ऋणायन तुल्य की भाँति कार्य करता है
    2. बेंज़ैल्डिहाइड
    3. टॉलूईन
    4. फ़ेनिलऐसीटिक अम्ल
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — ऐसीटोफ़ीनोन — डाइथायेन बेंज़ॉयल ऋणायन तुल्य की भाँति कार्य करता है

    दो सल्फ़रों से घिरा डाइथायेन का C2 अम्लीय है; कार्बऋणायन ऐल्किलीकृत होता है और Hg²⁺ कार्बोनिल अनावृत करता है, अतः पूर्व ऐल्डिहाइड कार्बन नए मेथिल वाला कीटोन कार्बन बन जाता है: PhCOCH₃। कार्बोनिल ध्रुवता का यह उत्क्रमण अम्पोलुंग है (कोरी–सीबाख)।

  12. कौन-से विसंरक्षण प्रतिबंध सही मिलाए गए हैं?

    1. TBS ईथर — टेट्राब्यूटिलअमोनियम फ़्लुओराइड
    2. Boc-ऐमीन — ट्राइफ़्लुओरोऐसीटिक अम्ल
    3. Fmoc-ऐमीन — पिपेरिडीन
    4. बेंज़िल ईथर — तनु जलीय NaOH
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — TBS ईथर — टेट्राब्यूटिलअमोनियम फ़्लुओराइड; B — Boc-ऐमीन — ट्राइफ़्लुओरोऐसीटिक अम्ल; C — Fmoc-ऐमीन — पिपेरिडीन

    प्रबल Si–F आबंध सिलिल ईथरों को विदलित करता है; Boc अम्ल में CO₂ व टर्ट-ब्यूटिल धनायन में टूटता है; Fmoc क्षार द्वारा E1cB विलोपन से हटता है। बेंज़िल ईथर क्षार के प्रति स्थायी हैं और हाइड्रोजनअपघटन (H₂, Pd/C) से हटते हैं — यही इन चार समूहों को परस्पर लांबिक बनाता है।

  13. 2-मेथिलसाइक्लोहेक्सेनोन को −78 °C पर THF में LDA तथा फिर CH₃I से उपचारित किया जाता है। मुख्य उत्पाद है

    1. 2,6-डाइमेथिलसाइक्लोहेक्सेनोन
    2. 2,2-डाइमेथिलसाइक्लोहेक्सेनोन
    3. 1-मेथॉक्सी-2-मेथिलसाइक्लोहेक्सीन
    4. 2-मेथिलसाइक्लोहेक्सेनॉल
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — 2,6-डाइमेथिलसाइक्लोहेक्सेनोन

    बाधित क्षार निम्न ताप पर अधिक सुलभ C6 प्रोटॉन तीव्र व अनुत्क्रमणीय रूप से हटाकर कम प्रतिस्थापित बलगतिक ईनोलेट बनाता है, जो C6 पर मेथिलीकृत होता है। साम्यकारी प्रतिबंध अधिक प्रतिस्थापित ईनोलेट व 2,2-डाइमेथिलसाइक्लोहेक्सेनोन देते; CH₃I सहित O-ऐल्किलीकरण गौण है।

  14. ज़िमरमैन–ट्रैक्सलर ऐल्डोल में Z-बोरॉन ईनोलेट ऐल्डिहाइड RCHO पर जुड़ता है। उत्पाद मुख्यतः है

    1. सिन ऐल्डोल
    2. ऐंटी ऐल्डोल
    3. सिन व ऐंटी का 1:1 मिश्रण
    4. केवल निर्जलित ईनोन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — सिन ऐल्डोल

    कुर्सी संक्रमण अवस्था में ऐल्डिहाइड R समूह छद्म-विषुवतीय स्थिति लेता है; Z-ईनोलेट सहित ईनोलेट प्रतिस्थापी फिर नए OH की ही ओर पहुँचता है, सिन देते हुए। E-ईनोलेट ऐंटी देते हैं। छोटे B–O आबंध बोरॉन ईनोलेटों को विशेष रूप से चयनात्मक बनाते हैं।

  15. एक कीटोन को उसके पाइरोलिडीन ईनेमीन में बदला जाता है, जिसे फिर मेथिल वाइनिल कीटोन से उपचारित और अंत में जल-अपघटित किया जाता है। ईनेमीन ने किसका कार्य किया?

    1. एक उदासीन ईनोलेट तुल्य जो माइकल ग्राही पर कार्बन से जुड़ता है
    2. α-कार्बन पर एक इलेक्ट्रॉनस्नेही
    3. ऐमीन हेतु संरक्षी समूह
    4. एक अपचायक
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — एक उदासीन ईनोलेट तुल्य जो माइकल ग्राही पर कार्बन से जुड़ता है

    नाइट्रोजन एकाकी युग्म ईनेमीन के β-कार्बन को नाभिकस्नेही बनाता है, अतः वह मेथिल वाइनिल कीटोन पर 1,4 जुड़ता है; इमिनियम का जल-अपघटन 1,5-डाइकीटोन मुक्त करता है (स्टॉर्क ईनेमीन माइकल अभिक्रिया)। ईनेमीन प्रबल क्षारों व बहु-ऐल्किलीकरण से बचाते हैं।

  16. छोटे (S), मध्यम (M) व बड़े (L) α-प्रतिस्थापियों वाले α-किरल कीटोन पर नाभिकस्नेही योग हेतु फ़ेल्किन–ऐन मॉडल में नाभिकस्नेही आता है

    1. L के ऐंटी, जो C=O के लंबवत है, S के पास से बर्गी–डुनिट्ज़ कोण पर
    2. L के सिन, M के पास से
    3. कार्बोनिल के तल में, O के ऐंटी
    4. किसी भी फलक से समान प्रायिकता से
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — L के ऐंटी, जो C=O के लंबवत है, S के पास से बर्गी–डुनिट्ज़ कोण पर

    सक्रिय संरूपक में L कार्बोनिल के लंबवत है; नाभिकस्नेही L के विपरीत फलक पर C=O से लगभग 107° पर आक्रमण करता है, और ऐसे दो संरूपकों में वह पसंद है जिसमें वह छोटे समूह के पास से गुज़रे। कीलेटकारी धातु सहित α-ऐल्कॉक्सी समूह इसे पलटकर कीलेशन (प्रति-फ़ेल्किन) उत्पाद देता है।

  17. ऐल्डिहाइड के साथ ऐसीटोन की L-प्रोलीन-उत्प्रेरित अंतराआण्विक ऐल्डोल अभिक्रिया में उत्प्रेरक ऐसीटोन को क्या बनाकर सक्रिय करता है?

    1. किरल ईनेमीन, जबकि उसका कार्बोक्सिलिक अम्ल हाइड्रोजन-आबंध बनाकर ऐल्डिहाइड को अभिविन्यस्त करता है
    2. बोरॉन ईनोलेट
    3. लिथियम ईनोलेट
    4. ऐसिल ऋणायन तुल्य
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — किरल ईनेमीन, जबकि उसका कार्बोक्सिलिक अम्ल हाइड्रोजन-आबंध बनाकर ऐल्डिहाइड को अभिविन्यस्त करता है

    प्रोलीन का द्वितीयक ऐमीन ऐसीटोन के साथ संघनित होकर ईनेमीन (उठे HOMO वाला नाभिकस्नेही) बनाता है, और कार्बोक्सिलिक अम्ल हाइड्रोजन-आबंधित, ज़िमरमैन–ट्रैक्सलर-सदृश संक्रमण अवस्था द्वारा ऐल्डिहाइड को एक फलक पर पहुँचाता है, प्रतिबिंबचयनात्मक रूप से ऐल्डोल देते हुए; जल-अपघटन उत्प्रेरक मुक्त करता है। कोई धातु ईनोलेट सम्मिलित नहीं।

  18. सुअर यकृत एस्टरेज़ मेसो डाइएस्टर के दो एस्टर समूहों में केवल एक का जल-अपघटन कर मोनोअम्ल का एकल प्रतिबिंबरूप देता है। यह रणनीति कहलाती है

    1. असममितीकरण, 100% सैद्धांतिक लब्धि सहित
    2. बलगतिक पृथक्करण, 50% तक सीमित
    3. किरल सहायक का उपयोग
    4. क्रिस्टलन द्वारा पारंपरिक पृथक्करण
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — असममितीकरण, 100% सैद्धांतिक लब्धि सहित

    मेसो डाइएस्टर के दो एस्टर प्रतिबिंबस्थलीय हैं; उनमें भेद पूरे अकिरल सब्सट्रेट को एक प्रतिबिंबरूप में बदल देता है, अतः लब्धि रेसेमिक पृथक्करण की भाँति 50% पर सीमित नहीं। कोई सहायक जोड़ा या हटाया नहीं जाता।