موضوع مقاله: واکنش سیگماتروپی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # واکنش سیگماتروپی | مقدمه: واکنش سیگماتروپی را عملاً می‌توان نوعی واکنش بازآرایی به شمار آورد، چرا که طی آن یک اتم یا گروه استخلاف شده برروی مجموعه‌ای پیوندهای پای (π) مزدوج جداشده و به صورت دورن مولکولی و همزمان به سمت دیگر سیستم مزدوج متصل می‌شود. | ## بخش 1: واکنش سیگماتروپی | اگرچه واکنش‌های سیگماتروپی در عمل می‌توانند بدون کاتالیزور نیز انجام شوند با این‌حال استفاده از کاتالیزورهای اسید لوئیس می‌تواند در انجام واکنش مورد استفاده قرار بگیرند. شناخته‌شده‌ترین موارد از واکنش‌های سیگماتروپی عبارت‌اند از: بازآرایی [۳،۳] کوپ، بازآرایی کلایزن، بازآرایی کارول و سنتز ایندول فیشر. کلیات واکنش‌های سیگماتروپی نام‌گذاری وودوارد-هافمن در شیمی آلی، بازآرایی‌های سیگماتروپی با کمک یک روش نمایش پذیرفته شده و مختصر به‌صورت [i، j] نمایش داده می‌شوند. وسط|500x500پیکسل|نام‌گذاری وودوارد-هافمن نحوه انجام واکنش اساساً، تمام انتقال‌های سیگماتروپی به دو صورت رخ می‌دهند، آرایش فضایی گروه مهاجرت‌کننده در طی انجام واکنش یا حفظ و یا دچار وارونگی می‌شود. وسط|500x500پیکسل|شیمی فضایی واکنش سیگماتروپی در زمان انجام واکنش سیگماتروپی، در مواردی که برای همپوشانی بهتر اوربیتالی، انتقال یک گروه به چرخش نیاز ندارد، انتقال با حفظ شیمی فضایی رخ می‌دهد و به این نوع جابه‌جایی، انتقال تک‌رخی (Suprafacial) گفته می‌شود. به این معنی که گروه مهاجرت‌کننده دقیقاً از همان سمتی که سیستم مزدوج را ترک کرده‌است به سر دیگر سیستم مزدوج اضافه می‌شود (سمت موافق در صفحه تقارن مولکول). از طرف دیگر اگر در زمان انتقال، برای همپوشانی بهتر اوربیتالی، یک گروه مجبور به انجام چرخش باشد، شیمی فضایی گروه مهاجرت کننده دچار وارونگی می‌شود که به این نوع جابه‌جایی، انتقال دورخی (Suprafacial) گفته می‌شود. به این معنی که گروه مهاجرت‌ کننده از سمت مخالفی که سیستم مزدوج را ترک کرده‌است به سر دیگر سیستم مزدوج اضافه می‌شود (سمت موافق در صفحه تقارن مولکول). وسط|500x500پیکسل|انتقال تک‌رخی و دورخی قوانین انتخاب وودوارد-هافمن برای پیش‌بینی این‌که یک واکنش سیگماتروپی چه‌نوع انتقالی (تک‌رخی یا دورخی) را در چه شرایطی (حرارتی یا نوری) انتخاب و درنتیجه منجر به کدام محصول می‌شود، می‌توان از قوانین وودوارد-هافمن که در جدول زیر ارائه شده‌است، استفاده نمود. عبارت‌های آی (i) و جی (J) در جدول، به‌تریب اشاره به شیمی فضایی گروه مهاجرت‌کننده و سیستم غیرمزدوج در زمان انجام واکنش دارند. i + j مجاز در شرایط حرارتی مجاز در شرایط نوری 4nتک‌رخی (i) - دورخی (j)دورخی (i) - تک‌رخی (j) تک‌رخی (i) - تک‌رخی (j)دورخی (i) - دورخی (j) 4n+2تک‌رخی (i) - تک‌رخی (j)دورخی (i) - دورخی (j)تک‌رخی (i) - دورخی (j)دورخی (i) - تک‌رخی (j) انواع واکنش‌های سیگماتروپی جابه‌جایی [۳،۱] جابه‌جایی گرمایی هیدرید در یک جابه‌جایی گرمایی [۳،۱] هیدرید، یک اتم هیدروژن به صورت یک یون هیدرید در طول یک سیستم سه اتمی حرکت می‌کند. اگرچه چنین انتقالی، همان‌طور که قوانین وودوارد–هافمن اعلام می‌کنند، از لحاظ تقارنی و هم‌پوشانی اوربیتالی مجاز است، اما برای چنین انتقالی به یک توپولوژی تاب‌خورده مانند نوار موبیوس نیاز است که اتخاذ چنین آرایشی برای یک اتم هیدروژن، به‌خاطر کوچکی بیش از حد ابعاد اتم و دامنه پوشش اوربیتال مستقر بر روی آن (اوربیتال s)، غیرممکن است. وسط|400x400پیکسل|جابه‌جایی گرمایی [۳،۱] هیدرید جابه‌جایی گرمایی آلکیل جابه‌جایی گرمایی [۳،۱] آلکیل، نیز مشابه جابه‌جایی گرمایی [۳،۱] هیدرید، به‌صورت دورخی انجام می‌شود. | ## بخش 2: واکنش سیگماتروپی | در اینجا نیز نیز به آرایش تاب خورده وجود دارد، با این‌حال گروه آلکیل به خاطر ابعاد و دامنه پوشش اوربیتالی وسیع‌تر (اوربیتال sp3) امکان اتخاذ چنین آرایشی را دارا است. شکل‌گیری چنین آرایش تاب‌خورده‌ای موجب وارونگی گروه آلکیل و درنتیجه وارونگی شیمی فضایی آن می‌شود. وسط|550x550پیکسل|جابه‌جایی گرمایی [۳،۱] آلکیل جابه‌جایی نوری جابه‌جایی نوری یا اصطلاحاً فوتوشیمیایی از نوع [۳،۱]، برخلاف جابه‌جاهای گرمایی از طریق مسیر تک‌رخی به پیش می‌رود. علت این چنین تفاوت عملکردی این است که نور موجب انتقال الکترون قرار گرفته در اوربیتال هومو (Homo) به اوربیتال مولکولی لومو (Lumo) می‌شود، درنتیجه نوع همپوشانی مورد نیاز برای انتقال گروه نیز تغییر می‌کند و انتقال تک‌رخی که تا قبل از آن ممنوع بود، مجاز می‌شود. جابه‌جایی [۵،۱] یک جابه‌جایی [۵،۱] شامل انتقال یک اتم/گروه (هیدروژن، آلکیل یا آریل) در طول یک سیستم پنج اتمی پای است. زمانی‌که توپولوژی اتخاذ شده در زمان انتقال بدون تاب‌خوردگی باشد، اصطلاحاً به آن توپولوژی هوکل گفته می‌شود. وسط|300x300پیکسل|جابه‌جایی گرمایی [۵،۱] آلکیل جابه‌جایی نوری مانند مورد جابه‌جایی [۳،۱]، در این مورد نیز چنان‌چه به‌جای حرارت از نور برای انجام واکنش استفاده شود، مسیر انجام واکنش برعکس می‌شود. وسط|600x600پیکسل|جابه‌جایی نوری [۵،۱] هیدرید جابه‌جایی [۷،۱] مطابق قوانین وودوارد-هافمن، یک جابه‌جایی [۷،۱] به‌صورت دورخی و از طریق اتخاذ یک آرایش تاب‌خورده موبیوسی انجام می‌شود. به‌عنوان یک مثال، این نوع جابه‌جایی در تبدیل لومیسترول به ارگوکالسیفرول (ویتامین D2) مشاهده می‌شود. وسط|300x300پیکسل| جابه‌جایی [۷،۱] نوناتری‌ان جابه‌جایی [۳،۳] جابه‌جایی سیگماتروپی [۳،۳] از شناخته‌شده‌ترین واکنشش‌های سیگماتروپی هستند. مطابق قوانین وودوارد–هافمن این نوع انتقال‌ها از طریق یک مسیری شش الکترونی و به‌صورت تک‌رخی و از طریق توپولوژی هوکل به‌پیش می‌رود. بازآرایی کلایزن یکی از مهم‌ترین مثال‌های کی جابه‌جایی سیگماتروپی [۳،۳]، بازآرایی کلایزن است که در سال ۱۹۱۲ توسط رینر لودویگ کلایزن کشف شد. این نوع بازآرایی که جزء واکنش‌های تشکیل پیوند کربن–کربن محسوب می‌وشد، اولین نمونه ثبت شده از جابه‌جایی سیگماتروپی [۳،۳] است.Claisen, L.; Ber. | ## بخش 3: واکنش سیگماتروپی | وسط|250x250پیکسل|بازآرایی کلایزن بازآرایی کلایزن آروماتیک بازآرایی ارتو–کلایزن یا بازآرایی کلایزن آروماتیک، همانند بازآرایی کلایزن، یک جابه‌جایی سیگماتروپی [۳،۳] است با این تفاوت که گروه مهاجرت‌کننده در طول یک سیستم مزدوج آروماتیک جابه‌جا می‌شود که در نهایت و بر اثر انجام یک توتومری کتو-انول، منجر به تولید یک محصول فنول دارای استخلاف در موقعیت ارتو می‌شود. وسط|500x500پیکسل|بازآرایی کلایزن آروماتیک زمانی‌که هر دو موقعیت ارتو بر روی حلقه بنزن اشغال شده باشد، پس از انجام یک بازآرایی ارتو–کلایزن، مجدداً یک بازآرایی ارتو–کلایزن دوم نیز رخ می‌دهد. به این نوع جابه‌جایی که شامل دو بازآرایی ارتو–کلایزن متوالی است، بازآرایی پارا کلایزن گفته می‌شود. محصول نهایی یک فنول دارای استخلاف در موقعیت پارا است که بر اثر توتومری کتو-انول حدواسط سیکلوهگزادی‌انون تولید می‌شود وسط|700x700پیکسل|بازآرایی پارا کلایزن بازآرایی کوپ بازآرایی کوپ یکی دیگر از انواع واکنش‌های جابه‌جایی سیگماتروپی [۳،۳] است که به‌طور گسترده‌ای مورد مطالعه قرار گرفته‌است. این بازآرایی که شامل جابه‌جایی سیگماتروپی [۳،۳] یک مولکول ۵،۱-دی‌انون است، Cope, A. وسط|300x300پیکسل|بازآرایی کوپ بازآرایی اکسی-کوپ بازآرایی اکسی-کوپ ، کاملاً شبیه به بازآرایی کوپ است با این تفاوت که یک گروه هیدروکسیل در موقعیت کربن شماره ۳ حضور دارد که موجب می‌شود پس از انجام جابه‌جایی سیگماتروپی [۳،۳] یک حدواسط اِنول تولید شود. وسط|500x500پیکسل|بازآرایی اکسی-کوپ بازآرایی کارول بازآرایی کارول یکی دیگر از انواع جابه‌جایی‌های سیگماتروپی [۳،۳] است که طی آن یک بتا-کتو آلیل استر به یک آلفا-آلیل-بتا-کتوکربوکسیلیک اسید تبدیل می‌شود. حدواسط تولیدی در ادامه متحمل یک واکنش کربوکسیل‌زدایی شده و منجر به تولید یک انول می‌شود. اِنول تولیدی نیز در ادامه با انجام یک توتومری کتو-انول به کتون مربوط تبدیل می‌شود. وسط|800x800پیکسل|بازآرایی کارول سنتز ایندول فیشر سنتز ایندول فیشر روشی شناخته شده در تولید یک ایندول با استفاده از پیش‌ماده‌های فنیل هیدرازین و آلدهید (یا کتون) در شرایط اسیدی است. این واکنش که در سال ۱۸۸۳ توسط هرمان امیل فیشر کشف شد از جمله واکنش‌هایی است که طی آن شاهد انجام یک واکنش جابه‌جایی سیگماتروپی [۳،۳] هستیم. وسط|700x700پیکسل|سنتز ایندول فیشر جابه‌جایی [۵،۵] همانند جابه‌جایی [۳،۳]، در این مورد نیز قوانین وودوارد-هافمن پیش‌بینی می‌کند که یک جابه‌جایی سیگماتروپی [۵،۵] به‌صورت تک‌رخی و از طریق اتخاذ توپولوژی توپولوژی هوکل انجام می‌شود. این موضوع، ریشه در این واقعیت دارد که تعداد مولکول‌هایی که توانایی انجام یک واکنش جابه‌جایی [۵،۵] را دارند بسیار کمتر از موارد مناسب برای جابه‌جایی [۳،۳] است. | ## جمع‌بندی | وسط|700x700پیکسل|جابه‌جایی [۵،۵] جابه‌جایی [۳،۲] یک نمونه بسیار شناخته شده از یک واکنش جابه‌جایی سیگماتروپی از نوع [۳،۲]، واکنش بازآرایی ۳،۲-ویتیگ است.