In a blatant plug for the Reagent G

In a blatant plug for the Reagent Guide and the Reagents App for iPhone, each Friday I profile a different reagent that is commonly encountered in Org 1/ Org 2.

If there’s one thing you learn how to do well in Org 1, it’s make alcohols. Let’s count the ways: hydroboration, acid-catalyzed hydration, oxymercuration for starters, and then substitution of alkyl halides with water or HO(–). If you want to extend it even further, there’s dihydroxylation (to make diols) using OsO4 or cold KMnO4, and even opening of epoxides under acidic or basic conditions to give alcohols.

There’s just one issue here and it comes up once you try to use alcohols in synthesis. Let’s say you want to use that alcohol in a subsequent substitution step, getting rid of the HO(–) and replacing it with something else. See any problems with that? Remember that good leaving groups are weak bases – and the hydroxide ion, being a strong base, tends to be a pretty bad leaving group.

So what can we do?

What you want to do is convert the alcohol into a better leaving group. One way is to convert the alcohol into a sulfonate ester – we talked about that with TsCl and MsCl. Today I’m going to talk about a second approach: converting alcohols into alkyl chlorides with thionyl chloride (SOCl2). This is a useful reaction, because the resulting alkyl halides are versatile compounds that can be converted into many compounds that are not directly accessible from the alcohol itself.





If you take an alcohol and add thionyl chloride, it will be converted into an alkyl chloride. The byproducts here are hydrochloric acid (HCl) and sulfur dioxide (SO2).
[NOTE added later: there are significant differences in how this reaction is taught at different schools. Consult your instructor to be 100% sure that this applies to your course]. See post here





There’s one important thing to note here: see the stereochemistry? It’s been inverted.*(white lie alert – see below) That’s an important difference between SOCl2 and TsCl, which leaves the stereochemistry alone. We’ll get to the root cause of that in a moment, but in the meantime, can you think of a mechanism which results in inversion of configuration at carbon?

As an extra bonus, thionyl chloride will also convert carboxylic acids into acid chlorides (“acyl chlorides”). Like alcohols, carboxylic acids have their limitations as reactants: the hydroxyl group interferes with many of the reactions we learn for nucleophilic acyl substitution (among others). Conversion of the OH into Cl solves this problem.



So how does it work?

As you might have guessed, conversion of alcohols to alkyl halides proceeds through a substitution reaction – specifically, an SN2 mechanism. The first step is attack of the oxygen upon the sulfur of SOCl2, which results in displacement of chloride ion. This has the side benefit of converting the alcohol into a good leaving group: in the next step, chloride ion attacks the carbon in SN2 fashion, resulting in cleavage of the C–O bond with inversion of configuration. The HOSCl breaks down into HCl and sulfur dioxide gas, which bubbles away.



The mechanism for formation of acid chlorides from carboxylic acids is similar.



Real life tips

Like many sulfur-containing compounds, thionyl chloride is noseworthy for its pungent smell. Thionyl chloride has a nauseating sickly-sweet odor to it that imprints itself forever upon your memory . One accident that occurred during my time as a TA involved a student dropping a flask with 5 mL of thionyl chloride into a rotovap bath outside the fume hood. The cloud of SO2 and HCl that formed cleared the teaching lab for half an hour, so you can imagine what thionyl chloride would do if exposed to the moisture in your lungs. Treat with caution, just as you would if you were working with phosgene.

*Here’s the white lie. Although it’s generally taught in Org 1/ Org 2 that SOCl2 leads to 100% inversion of configuration, in reality it’s not always that simple. Inversion of configuration with SOCl2 is very solvent dependent. Depending on the choice of solvent, one can get either straight inversion, or a mixture of retention and inversion. For the purposes of Org 1 and Org 2, most students can ignore this message. For more details see March’s Advanced Organic Chemistry

P.S. You can read about the chemistry of SOCl2 and more than 80 other reagents in undergraduate organic chemistry in the “Organic Chemistry Reagent Guide”, available here as a downloadable PDF. The Reagents App is also available for iPhone, click on the icon below!

Results (Vietnamese) 1:

Trong một plug blatant cho hướng dẫn tinh khiết và chất App cho iPhone, mỗi thứ sáu tôi profile một thuốc thử khác nhau thường gặp ở Org 1 / Org 2. Nếu có một điều bạn tìm hiểu làm thế nào để làm tốt trong Org 1, nó là làm cho rượu. Hãy đếm những cách: hydroboration, hydrat hóa xúc tác acid, oxymercuration cho người mới bắt đầu, và sau đó thay thế của ankyl halua với nước hoặc HO(–). Nếu bạn muốn mở rộng hơn nữa, đó là dihydroxylation (để làm cho diols) bằng cách sử dụng OsO4 hoặc lạnh KMnO4, và thậm chí mở của epoxides trong điều kiện axít hoặc rất cơ bản để cung cấp cho rượu.Không chỉ là một vấn đề ở đây và nó đi lên một khi bạn cố gắng sử dụng rượu trong tổng hợp. Giả sử bạn muốn sử dụng rượu đó trong một bước thay thế tiếp theo, loại bỏ HO(–) và thay thế nó bằng một cái gì đó khác. Xem bất kỳ vấn đề với điều đó? Hãy nhớ rằng tốt để lại nhóm là căn cứ yếu- và ion hiđrôxít, là một cơ sở mạnh mẽ, có xu hướng là một nhóm để lại khá xấu.Vì vậy chúng tôi có thể làm gì?Những gì bạn muốn làm là chuyển đổi rượu vào một nhóm tốt hơn để lại. Một cách là để chuyển đổi rượu vào một ester sulfonate-chúng tôi nói chuyện về điều đó với TsCl và MsCl. Hôm nay tôi sẽ nói về một cách tiếp cận thứ hai: chuyển đổi rượu vào alkyl clorua với thionyl clorua (SOCl2). Đây là một phản ứng hữu ích, bởi vì kết quả ankyl halua là linh hoạt các hợp chất có thể được chuyển đổi thành nhiều hợp chất mà không phải là có thể truy cập trực tiếp từ rượu chính nó. Nếu bạn có một rượu và thêm thionyl clorua, nó sẽ được chuyển đổi thành một alkyl clorua. Các sản phẩm phụ ở đây là axít clohiđric (HCl) và điôxít lưu huỳnh (SO2).[Lưu ý thêm vào sau đó: có những khác biệt đáng kể trong cách phản ứng này được giảng dạy tại các trường khác nhau. Tham khảo hướng dẫn của bạn là 100% chắc chắn rằng điều này áp dụng cho khóa học của bạn]. Xem đăng bài ở đây Đó là một điều quan trọng cần lưu ý ở đây: xem hóa học lập thể? Nó đã là inverted.* (white lie cảnh báo-xem dưới đây) mà là một sự khác biệt quan trọng giữa SOCl2 và TsCl, mà lá hóa học lập thể một mình. Chúng tôi sẽ nhận được để nguyên nhân gốc rễ của rằng trong một thời điểm, nhưng trong khi chờ đợi, bạn có thể nghĩ của một cơ chế mà kết quả trong đảo ngược của cấu hình ở Bon?Là một tiền thưởng thêm, thionyl clorua cũng sẽ chuyển đổi các axít cacboxylic thành axit clorua ("clorua acyl"). Giống như rượu, axít cacboxylic có giới hạn của họ như là chất phản ứng: nhóm hiđrôxyl gây trở ngại với nhiều người trong số các phản ứng chúng tôi tìm hiểu để thay thế nucleophilic acyl (trong số những người khác). Chuyển đổi OH vào Cl giải quyết vấn đề này.Vậy làm thế nào nó hoạt động?Như bạn có thể đoán, chuyển đổi rượu để ankyl halua tiền thông qua một phản ứng thay thế-cụ thể, một cơ chế SN2. Bước đầu tiên là cuộc tấn công của oxy khi lưu huỳnh SOCl2, mà kết quả trong trọng lượng rẽ nước của ion clorua. Điều này có lợi ích bên chuyển đổi rượu vào một nhóm để lại tốt: trong bước tiếp theo, clorua ion tấn công các-bon trong thời trang SN2, kết quả là cát khai liên kết C-O với đảo ngược của cấu hình. HOSCl phá vỡ vào khí HCl và điôxít lưu huỳnh, mà bong bóng đi.Cơ chế hình thành của axit được điều chế từ axit cacboxylic là tương tự.Lời khuyên cuộc sống thựcGiống như các hợp chất lưu huỳnh có chứa nhiều, thionyl clorua là noseworthy cho mùi hăng của nó. Thionyl clorua có một kinh tởm ngọt sickly mùi để nó mà gắn kết chính nó mãi mãi sau khi bộ nhớ của bạn. Một tai nạn xảy ra trong thời gian của tôi như một TA tham gia một học sinh rơi một flask với 5 mL thionyl clorua vào một bồn tắm rotovap bên ngoài mui xe khói. Đám mây SO2 và HCl được thành lập thông phòng thí nghiệm giảng dạy cho một nửa giờ một, vì vậy bạn có thể tưởng tượng những gì clorua thionyl sẽ làm gì nếu tiếp xúc với độ ẩm trong phổi của bạn. Điều trị cẩn thận, cũng giống như bạn sẽ nếu bạn đang làm việc với phosgene.* Đây là lời nói dối trắng. Mặc dù nó thường được dạy trong Org 1 / Org 2 SOCl2 đó dẫn đến 100% đảo ngược của cấu hình, trong thực tế nó không phải luôn luôn là đơn giản. Đảo ngược của các cấu hình với SOCl2 là dung môi rất phụ thuộc. Tùy thuộc vào sự lựa chọn của dung môi, ai có thể nhận được hoặc đảo ngược thẳng, hoặc một hỗn hợp của lưu giữ và đảo ngược. Cho các mục đích của Org 1 và Org 2, hầu hết học sinh có thể bỏ qua thông báo này. Để biết thêm chi tiết xem hóa học hữu cơ nâng cao của Tháng ba PS Bạn có thể đọc về hóa học của SOCl2 và hơn 80 chất phản ứng khác tại Đại học hóa học hữu cơ trong "Hướng dẫn tinh khiết hóa học hữu cơ", có sẵn ở đây như là một PDF tải về. Các ứng dụng thử là cũng có sẵn cho iPhone, nhấp vào biểu tượng dưới đây!

Results (Vietnamese) 2:

Trong một plug trắng trợn cho các Hướng dẫn thuốc thử và các hoá chất hữu App cho iPhone, mỗi thứ sáu, tôi cấu hình một thuốc thử khác nhau mà thường gặp phải trong Org 1 / Org 2. Nếu có một điều bạn tìm hiểu làm thế nào để làm tốt trong Org 1, nó làm cho rượu . Hãy đếm những cách: hydroboration, hydrat hóa axit xúc tác, oxymercuration cho người mới bắt đầu, và sau đó thay thế các halogenua alkyl với nước hoặc HO (-). Nếu bạn muốn mở rộng nó hơn nữa, có dihydroxylation (để làm diol) sử dụng OsO4 hoặc lạnh KMnO4, và thậm chí mở epoxit trong điều kiện có tính axit hoặc cơ bản để cung cấp cho rượu. Chỉ có một vấn đề ở đây và nó đi lên một khi bạn cố gắng sử dụng rượu trong tổng hợp. Hãy nói rằng bạn muốn sử dụng rượu trong một bước thay thế tiếp theo, được thoát khỏi sự HO (-) và thay thế nó bằng một cái gì đó khác. Xem bất kỳ vấn đề với điều đó? Hãy nhớ rằng nhóm lại tốt là cơ sở yếu kém -. Và các ion hydroxit, là một cơ sở vững mạnh, xu hướng là một nhóm ra đi khá xấu ? Vì vậy, những gì chúng ta có thể làm gì bạn muốn làm là chuyển đổi rượu thành một nhóm ra tốt hơn. Một cách là để chuyển đổi rượu thành một ester sulfonate - chúng ta đã nói về điều đó với TsCl và MsCl. Hôm nay tôi sẽ nói về một cách tiếp cận thứ hai: chuyển đổi rượu thành clorua alkyl với thionyl clorua (Socl2). Đây là một phản ứng hữu ích, bởi vì các halogenua alkyl kết quả là các hợp chất đa năng có thể được chuyển đổi thành nhiều hợp chất là không thể truy cập trực tiếp từ rượu riêng của mình. Nếu bạn có một rượu và thêm thionyl clorua, nó sẽ được chuyển đổi thành một clorua alkyl. . Các sản phẩm phụ ở đây là axit hydrochloric (HCl) và sulfur dioxide (SO2) [Chú ý bổ sung sau: có sự khác biệt đáng kể trong cách phản ứng này được giảng dạy tại các trường khác nhau. Tham khảo ý kiến hướng dẫn của bạn để chắc chắn 100% rằng đây áp dụng cho khóa học của bạn]. Xem bài ở đây có một điều quan trọng cần lưu ý ở đây: xem lập thể? Nó được ngược *. (Cảnh báo nói dối trắng - xem dưới đây) Đó là một sự khác biệt quan trọng giữa Socl2 và TsCl, mà lá lập thể một mình. Chúng tôi sẽ đến được với các nguyên nhân gốc rễ của điều đó trong một thời điểm, nhưng trong khi chờ đợi, bạn có thể nghĩ ra một cơ chế mà kết quả trong đảo ngược của cấu hình tại carbon? Là một tiền thưởng thêm, thionyl clorua cũng sẽ chuyển đổi các axit cacboxylic vào clorua axit ( "clorua acyl"). Giống như rượu, axit carboxylic có những hạn chế của họ như là các chất phản ứng: nhóm hydroxyl cản trở nhiều phản ứng, chúng tôi tìm hiểu để thay acyl ái nhân (trong số những người khác). Chuyển đổi của OH vào Cl giải quyết vấn đề này. Vì vậy, làm thế nào nó hoạt động? Như bạn có thể đoán, chuyển đổi của rượu alkyl halogenua tiền thông qua một phản ứng thế - cụ thể, một cơ chế SN2. Bước đầu tiên là cuộc tấn công của oxy khi lưu huỳnh của Socl2, mà kết quả trong chuyển của ion clorua. Điều này có lợi ích phụ của việc chuyển rượu vào một nhóm ra đi tốt: trong bước tiếp theo, các cuộc tấn công ion clorua cacbon trong SN2 thời trang, kết quả phân cắt của trái phiếu C-O với nghịch đảo của cấu hình. Các HOSCl vỡ thành HCl và khí sulfur dioxide, mà bong bóng đi. ​​Cơ chế hình thành của clorua axit từ các axit cacboxylic là tương tự. lời khuyên cuộc sống Bất Giống như nhiều hợp chất chứa lưu huỳnh, thionyl clorua là noseworthy cho mùi hăng của nó. Thionyl clorua có mùi ốm yếu ngọt tởm nó mà dấu ấn riêng của mình mãi mãi khi bộ nhớ của bạn. Một tai nạn đã xảy ra trong thời gian của tôi như một TA liên quan đến một học sinh thả một bình bằng 5 ml thionyl clorua vào một bể rotovap ngoài tủ hút. Các đám mây của SO2 và HCl mà đã lập thành xóa các phòng thí nghiệm giảng dạy trong nửa giờ, vì vậy bạn có thể tưởng tượng những gì thionyl clorua sẽ làm gì nếu tiếp xúc với hơi ẩm trong phổi của bạn. Hãy đối xử một cách thận trọng, cũng giống như bạn nếu bạn đang làm việc với phosgene. * Dưới đây là lời nói dối trắng. Mặc dù nó thường được dạy trong 1 Org / Org 2 mà Socl2 dẫn đến 100% đảo ngược của cấu hình, trong thực tế nó không phải luôn luôn là đơn giản. Inversion of cấu hình với Socl2 là rất dung môi phụ thuộc. Tùy thuộc vào sự lựa chọn của dung môi, người ta có thể có được một trong hai đảo ngược thẳng, hoặc một hỗn hợp của sự duy trì và đảo ngược. Đối với các mục đích của Org 1 và Org 2, hầu hết học sinh có thể bỏ qua thông báo này. Để biết thêm chi tiết xem March của Hóa học hữu cơ nâng cao PS Bạn có thể đọc về tính chất hóa học của Socl2 và hơn 80 chất phản ứng khác trong hóa học hữu cơ đại học trong "Hóa học hữu cơ Thuốc thử Guide", có sẵn ở đây như là một PDF tải về. Các hoá chất hữu App cũng có sẵn cho iPhone, bấm vào biểu tượng dưới đây!