Bu bölüm, aromatik bileşiklerin (örneğin benzen ve türevleri) alkali metaller (genellikle litium, sodyum veya potasyum), sıvı amonyak ve bir alkol (örneğin etanol) kullanılarak 1,4-siklohekadien türevlerine indirgenmesini içeren Birch reaksiyonunu kapsar. Bu reaksiyon, 1944 yılında Arthur J. Birch tarafından keşfedilmiştir. Reaksiyon, aromatik bileşiklerin aromatikliğini kaybederek, konjuge olmayan bir sistem olan 1,4-siklohekadien halkasını oluşturmasıyla karakterizedir. Bu yöntem, aromatik halkanın seçici olarak indirgenmesi için çok güçlü bir yöntemdir.
Arthur J. Birch, 20. yüzyılın önde gelen Avustralyalı organik kimyacıdır. 1944 yılında, aromatik bileşiklerin alkali metal ve amonyak kullanılarak indirgenebileceğini keşfetmiştir. Bu reaksiyon, daha sonra "Birch reaksiyonu" olarak bilinmeye başlanmıştır. Birch, bu reaksiyonun mekanizmasını detaylı olarak açıklamış ve doğal ürün sentezi gibi alanlarda uygulamalarını göstermiştir. Bu keşif, aromatik kimya ve sentetik organik kimyada temel bir yere sahiptir.
1944'te Birch, benzenin sodyum, sıvı amonyak ve bir proton kaynağı (örneğin etanol) ile reaksiyonuna dair ilk çalışmaları yapmıştır. Bu reaksiyon, aromatik yapının aromatikliğini kaybederek 1,4-siklohekadien türevlerini oluşturduğunu göstermiştir. 1950'lerden sonra, reaksiyonun mekanizması ve stereokimyası üzerine detaylı araştırmalar yoğunlaşmıştır. Günümüzde, Birch reaksiyonu, doğal ürün sentezi ve heterosiklik kimyada yaygın olarak kullanılmaktadır.
Birch reaksiyonu, aromatik bileşiklerin metal-amonyak-alkol sistemiyle indirgenmesidir. Genel formu şu şekildedir:
Aromatik bileşik + M + NH₃ + ROH → 1,4-Siklohekadien türevi
(örneğin: benzen → 1,4-siklohekadien)
Mekanizma şu adımlardan oluşur:
Birch reaksiyonunun ilk adımı, aromatik bileşiğin alkali metal tarafından bir elektron almasıdır. Bu, radikal anyon adı verilen renkli (genellikle mavi) bir ara ürün oluşturur. Bu tür anyonlar, aromatik sistemin kararlılığını kaybetmesine neden olur ve proton alarak indirgenmeye devam eder.
Birch reaksiyonu için tipik koşullar:
| Aromatik Bileşik | Proton Kaynağı | Ürün (1,4-Siklohekadien Türevi) | Notlar |
|---|---|---|---|
| Benzen | Ethanol | 1,4-Siklohekadien | İlk Birch örneği |
| Toluene | Ethanol | 1-Metil-1,4-siklohekadien | Alkil grubu 2-konumda |
| Anisol | Ethanol | 1-Metoksi-1,4-siklohekadien | Metoksi grubu 2-konumda |
| Nitrobenzen | Ethanol | 1-Nitro-1,4-siklohekadien | Elektron çekici grup |
Birch reaksiyonu, sentetik organik kimyada ve biyolojik araştırmalarda çeşitli alanlarda kullanılır:
Soru 1: Birch reaksiyonu hangi tür bir reaksiyondur?
Soru 2: Aşağıdakilerden hangisi Birch reaksiyonunun en büyük avantajıdır?
a) Sadece yüksek sıcaklıkta çalışması
b) Aromatik halkanın seçici indirgenmesi
c) Sadece aromatik asitlerle çalışması
d) Su ortamında yapılması
Soru 3: Benzen Birch reaksiyonuna sokulursa hangi ürün oluşur?
a) Sikloheksan
b) 1,4-Siklohekadien
c) Sikloheksen
d) Benzen
Birch reaksiyonunu anlamak için:
Tipik bir prosedür: 1 mmol aromatik bileşik, 2 mmol Na metali, 5 mL sıvı NH₃ ve 2 mmol etanol kullanılır. Reaksiyon -33°C'de 1 saat karıştırılır. Ardından, NH₃ buharlaştırılır, kalan madde asidikleştirilir ve ürün ekstrakte edilir. Saflaştırma kolon kromatografisi ile yapılır. Verim genellikle %60-80 arasındadır.
1.Birch, A. J. (1944). Formation of homocyclic rings by the action of sodium and alcohol on acetylenic compounds. Journal of the Chemical Society, 1000–1004. https://doi.org/10.1039/JR9440001000
2.Birch, A. J., & Handley, H. O. (1946). The reduction of aromatic compounds by sodium in liquid ammonia. Journal of the Chemical Society, 1108–1113. https://doi.org/10.1039/JR9460001108
3.Smith, M. B., & March, J. (2007). March’s advanced organic chemistry: Reactions, mechanisms, and structure (6th ed.). Wiley.
4.Fleming, I. (2010). Molecular Orbitals and Organic Chemical Reactions: Reference Edition. Wiley.