DESTEK OL

McMurry Coupling

McMurry Coupling: Karbonil Bileşiklerinden Olefinlere Dönüştürme Sanatı

Bu bölüm, iki karbonil bileşiğinin (aldehit veya keton) düşük değerlikli titanyum (Ti(0)) katalizörlüğünde birbirleriyle eşleşerek bir olefin (alken) oluşturduğu **McMurry Reaksiyonu**’nu kapsar. Bu reaksiyon, 1970’lerde John E. McMurry ve ekibi tarafından geliştirilmiş ve organik sentezde büyük bir devrim yaratmıştır. McMurry yöntemi, özellikle simetrik veya asimetrik olefinlerin, hatta makrosiklik bileşiklerin sentezinde güçlü bir araçtır. Reaksiyon, pinakol eşleşmesinin bir devamı olarak düşünülebilir, ancak son ürün olarak diol değil, olefin oluşur. Bu yöntem, doğal ürün sentezinde, ilaç kimyasında ve malzeme biliminde yaygın olarak kullanılır.

Kaşif: Prof. Dr. John E. McMurry

Prof. Dr. John E. McMurry (1942–)

John E. McMurry, Amerikalı organik kimyager ve Cornell Üniversitesi mezunudur. 1970’lerde, düşük değerlikli titanyum bileşiklerinin karbonil gruplarını eşleştirebileceğini keşfetmiştir. Bu keşif, organik sentezde yeni bir çağ açmıştır. McMurry, bu yöntemi özellikle makrosiklik bileşiklerin ve doğal ürünlerin sentezinde kullanmıştır. Ayrıca, “Organic Chemistry” adlı dünya çapında okutulan ders kitabının yazarıdır. Bugün, bu reaksiyon “McMurry Coupling” veya “McMurry Reaction” olarak bilinir ve modern organik sentezde vazgeçilmez bir araçtır.

Reaksiyonun Kısa Tarihsel Gelişimi

Karbonil bileşiklerinin indirgenmesi, 19. yüzyıldan beri bilinen bir konudur. Pinakol eşleşmesi, Mg veya Al gibi metallerle diollerin oluşumunu sağlar. Ancak, 1970’lerde McMurry, TiCl3 ve LiAlH4 gibi bileşiklerden elde edilen düşük değerlikli titanyumun (Ti(0) veya Ti(II)), karbonil gruplarını olefinlere indirgeyebileceğini keşfetmiştir. Bu keşif, organik sentezde büyük bir ilerleme sağlamıştır. Özellikle, intramoleküler McMurry reaksiyonu, kompleks halkalı yapıların (örneğin, doğal ürünlerdeki büyük halkalar) sentezinde devrim yaratmıştır. Bugün, bu yöntem sentetik kimyada standart bir araçtır.

Reaksiyonun Genel Formu ve Mekanizması

McMurry Reaksiyonunun genel formu şu şekildedir:

2 R1R2C=O → R1R2C=CR1R2 + H2O
(Katalizör: TiCl3/LiAlH4 veya TiCl4/Zn)

Mekanizma şu adımlardan oluşur:

  1. İndirgenme: TiCl3 ve LiAlH4 karışımı, düşük değerlikli titanyum (Ti(0) veya Ti(II)) oluşturur.
  2. Radikal Oluşumu: Titanyum, karbonil oksijenine bağlanarak karbon merkezinde bir radikal oluşturur.
  3. Eşleşme (Coupling): İki karbon radikali birleşerek 1,2-diolat (pinakolat) ara ürünü oluşturur.
  4. Dehidrasyon: Bu ara ürün, titanyum oksit (TiO2) açığa çıkartarak olefin (alken) oluşturur.

Önemli Kavram: İntramoleküler Eşleşme

McMurry Reaksiyonu’nun en güçlü uygulaması, intramoleküler versiyonudur. Bir molekül içinde iki karbonil grubu varsa, bu reaksiyon sayesinde büyük halkalı (makrosiklik) yapılar oluşturulabilir. Bu, özellikle doğal ürünlerde (örneğin, makrolid antibiyotikler) bulunan 12-20 üyeli halkaların sentezinde çok önemlidir. Reaksiyon, yüksek seyreltik koşullarda gerçekleştirilerek, intermoleküler yan ürünlerin oluşumu engellenir.

Reaksiyon Koşulları ve Değişkenler

McMurry Reaksiyonu için tipik koşullar:

  • Substrat: Aldehit veya ketonlar. İki farklı karbonil bileşiği de kullanılabilir (çapraz eşleşme).
  • Katalizör Sistemi: En yaygın olanı TiCl3 + LiAlH4. Alternatif olarak TiCl4 + Zn veya TiCl4 + K kullanılır.
  • Çözücü: THF, DME veya DMSO.
  • Sıcaklık: Genellikle oda sıcaklığı veya hafif ısıtma (reflüks).
  • Zaman: 1 ila 24 saat.
  • Atmosfer: Inert atmosfer (Ar veya N2) önerilir.
Karbonil Bileşiği 1 Karbonil Bileşiği 2 Ürün (Olefin) Notlar
2 Benzaldehit (PhCHO) - Stilben (PhCH=CHPh) Simetrik trans-olefin
Benzojen (PhCOCOPh) - Tetrafeniletan (Ph2C=CPh2) Tetrasübstitüe olefin
CHO-(CH2)8-CHO - Cyclo-(CH=CH-(CH2)8) 10-üyeli makrosiklik olefin
Acetophenone (PhCOCH3) Acetaldehyde (CH3CHO) PhC(CH3)=CHCH3 Çapraz eşleşme (düşük verimli)

Uygulama Alanları

McMurry Reaksiyonu, sentetik organik kimyada çeşitli alanlarda kullanılır:

  • Doğal Ürün Sentezi: Makrosiklik yapılar içeren doğal ürünlerin (örneğin, epothilone, erythromycin) halka kapanma adımında.
  • İlaç Kimyası: Hedefe yönelik yeni ilaç moleküllerinin sentezinde, özellikle olefinik yapıya ihtiyaç duyulanlarda.
  • Malzeme Bilimi: Konjuge polimerlerin ve moleküler makinaların sentezinde.
  • Temel Araştırma: Yeni katalizör sistemlerinin keşfi ve mekanizmanın detaylı anlaşılması.
  • Eğitim: Organik kimya laboratuvarlarında karbonil kimyası ve redoks reaksiyonlarının gösterimi için.

Uygulama Soruları

Soru 1: McMurry Reaksiyonu’nda kullanılan tipik katalizör sistemi nedir?

Soru 2: Aşağıdakilerden hangisi McMurry Reaksiyonu’nun en önemli uygulamalarından biridir?
a) Karboksilik asitlerin sentezi
b) İntramoleküler makrosiklik halka oluşumu
c) Amino asit sentezi
d) Aromatik bileşiklerin nitrilasyonu

Soru 3: İki benzaldehit molekülü McMurry Reaksiyonu’na sokulursa hangi ürün oluşur?
a) Benzoin (PhCOCH(OH)Ph)
b) Hidrobenzoin (PhCH(OH)CH(OH)Ph)
c) Stilben (PhCH=CHPh)
d) Benzil alkol (PhCH2OH)

Temel İlkeler

McMurry Reaksiyonu’nu anlamak için:

  • Bu, iki karbonil grubunun (C=O) bir olefine (C=C) dönüştürülmesidir.
  • Katalizör düşük değerlikli titanyumdur (Ti(0) veya Ti(II)).
  • İntramoleküler versiyonu, büyük halkalı yapıların sentezinde çok önemlidir.
  • Genellikle THF çözücüsünde ve inert atmosferde gerçekleştirilir.

Laboratuvar Uygulaması

Tipik bir prosedür: 1 mmol keton, 3 mmol TiCl3 ve 3 mmol LiAlH4, 10 mL kuru THF’de 0°C’de yavaşça karıştırılır. Karışım oda sıcaklığına getirilip 12 saat karıştırılır. Reaksiyon tamamlandığında, karışım dikkatlice su ile söndürülür ve dietil eter ile ekstrakte edilir. Organik faz kurutulur (MgSO4) ve çözücü uçurulduktan sonra, ürün kolon kromatografisi ile saflaştırılır. Verim genellikle %50-85 arasındadır.

Önemli Uyarılar

  • LiAlH4 ve TiCl3 havaya ve neme çok duyarlıdır — inert atmosferde kullanılmalıdır.
  • Reaksiyon ekzotermiktir — soğukta başlamalı ve yavaş ısınmalıdır.
  • Çapraz eşleşme (iki farklı karbonil) genellikle düşük verimlidir — simetrik ürünler tercih edilir.
  • "McMurry Coupling" terimi, literatürde yaygın olarak kullanılır ve sentetik kimyada standart bir isimdir.
  • Bu reaksiyon, stereoselective’dir — genellikle trans-olefin ürünleri oluşur.