สารมัธยันต์เเละกลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์

คาร์บีน

อยา่ งไรก็ตามการเตรียมคาร์บีนด้วยวธิ ีนี้ต้องควบคมุ สภาวะให้ดี เนื่องจากสารต้งั ตน้
ชนิดไดเอโซมเี ทนมีความเป็นพิษสูง และต้องปอ้ งกันการระเบิดที่อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการท่มี ี
ก๊าซไนโตรเจนเป็นสารผลติ ภัณฑร์ ่วมในปฏกิ ิริยา

2. การเตรยี มคาร์บนี จากปฏิกิรยิ า Simmons – Smith
ปฏิกิริยานใี้ ช้สารประกอบไดไอโอโดมเี ทน (diiodomethane หรอื methylene iodide,

CH2I2) ทาปฏิกิริยากับ Zn(Cu) เกิดคาร์บีนอยด์ (carbenoid) เป็นสารผลิตภณั ฑ์และโดยปกติจะ
เตรยี มขึ้น in situ ซ่ึงคาร์บีนอยด์เป็นสารประกอบออรแ์ กโนเมทัลที่อยใู่ นรูป iodomethyl zinc
iodide (ICH2ZnI) และมีลกั ษณะการเข้าทาปฏิกิรยิ าได้เชน่ เดยี วกบั คารบ์ ีน แสดงดังสมการใน
ตวั อยา่ งที่ 2
ตวั อยา่ งที่ 2

3. การเตรยี มคาร์บีนจากปฏิกริ ยิ า Alpha Elimination
ปฏิกิริยา Alpha Elimination บางครั้งเรียกว่าปฏิกิริยา 1,1-elimination ของ

สารประกอบฮาโลแอลเคน เช่น bromoform (CHBr3) chloroform (CHCl3) หรือ methylene
chloride (CH2Cl2) โดยเม่ือทาปฏิกิริยากับเบสแก่ เบสจะเข้าดึงโปรตอนของฮาโลแอลเคน
เนื่องจากโปรตอนน้ันเกาะอยู่บนคาร์บอนอะตอมท่ีมีหมู่ดึงอิเล็กตรอนอยู่ 2 หรือ 3 หมู่ ทาให้
โปรตอนดังกล่าวมีความเป็นกรดสูง และขาดอิเล็กตรอน จากนั้นโบรไมด์ (หรือ คลอไรด์) หลุด
ออก เกิดเป็นสารมัธยันตร์ชนิดไดโบรโมคาร์บีน (หรือ ไดคลอโรคาร์บีน หรือ คลอโรคาร์บีน)
แสดงดังสมการและกลไกในตัวอยา่ งท่ี 3

ตัวอยา่ งที่ 3

94

คารบ์ ีน

กลไกการเกิดไดโบรโมคารบ์ ีน

แมว้ ่าคาร์บนี จะเป็นสารมัธยันตร์คารบ์ อนท่ีเกดิ ข้ึนในปฏิกริ ิยาบางชนดิ เท่านนั้ แต่กม็ ี
ความสาคญั ในการเรยี นรู้ทางเคมีอินทรีย์ ต่อไปจะกล่าวถึงปฏิกิรยิ าบางชนดิ ท่ีเกยี่ วข้องกับ
คารบ์ ีน และ กลไกของปฏกิ ิริยาดงั กล่าว
3.1 ปฏิกริ ยิ าการเตมิ แบบอิเลก็ โทรฟิลิกของคารบ์ ีนท่ีพนั ธะคู่

คาร์บีนมีคุณสมบัติเป็นอิเล็กโทรไฟล์ท่ีดีมาก เน่ืองจากคาร์บอนอะตอมของคาร์บีนขาด
อิเล็กตรอน จึงสามารถทาปฏิกิริยากับแอลคีนซึ่งทาหน้าท่ีเป็นนิวคลีโอไฟล์ได้ โดยกลไกของ
ปฏิกิริยาการเติมแบบ อิเล็กโทรฟิลิกของคาร์บีนที่พันธะคู่จะเกิดขึ้นในขั้นตอนเดียว โดย
อิเล็กตรอนจากพันธะไพของแอลคีนเข้าทาปฏิกิริยา และสร้างพันธะ CC กับคาร์บีน ซึ่งเป็น
อิเลก็ โทรไฟล์ และ คารบ์ อนอะตอมของคาร์บนี ใช้อิเลก็ ตรอนท่ีไม่ไดส้ รา้ งพันธะเข้าสร้างพันธะกับ
คารบ์ อนอะตอมทม่ี ีไฮบรดิ ออรบ์ ทิ ลั แบบ sp2 ของแอลคีน ได้ cyclopropane เป็นสารผลติ ภณั ฑ์

สมการท่ัวไปและกลไกของปฏิกิริยาการเติมแบบอิเล็กโทรฟิลิกของคาร์บีนที่พันธะคู่ของ
แอลคีนสามารถแสดงไดด้ ังน้ี

95

คารบ์ ีน

สมการท่วั ไปและกลไกของปฏกิ ิริยา

อย่างไรก็ตามเมทิลีนคาร์บีนท่ีเกิดจากการให้ความร้อนหรือการใช้แสงของสารประกอบ
ไดเอโซมีเทนจะมคี วามว่องไวในการทาปฏิกิริยาสูงมาก เมื่อทาปฏิกิริยาการเติมคาร์บีนชนิดน้ีท่ี
พนั ธะคขู่ องแอลคีนจะได้ cyclopropane เป็นสารผลติ ภัณฑ์ ร่วมกับสารผลิตภัณฑ์อีกหลายชนิด
ซง่ึ เกิดจากปฏิกริ ิยาการแทรก (Insertion reaction) เขา้ ไปทพ่ี ันธะ CH ของสารตง้ั ต้น

ตัวอย่างปฏกิ ิริยาการเตมิ คาร์บีนทส่ี ังเคราะห์จากไดเอโซมีเทน ลงบน propene ได้สาร
ผลติ ภัณฑ์หลายชนิด เชน่ methylcyclopropane 2-methylprop-1-ene (E)-but-2-ene
(Z)-but-2-ene และ but-1-ene แสดงดงั สมการในตัวอย่างท่ี 4
ตวั อยา่ งที่ 4

96

คาร์บีน

ขณะที่การใช้คารบ์ ีนอยด์จากปฏกิ ิริยา Simmons – Smith ในปฏกิ ิรยิ าการเติมแบบ
อเิ ล็กโทรฟิลิกของคาร์บีนท่ีพันธะคู่ของแอลคนี จะไดส้ ารผลติ ภัณฑ์ชนิด cyclopropane ที่มี
ปริมาณผลผลิตสูงขึ้น เนอื่ งจากเกดิ ปฏิกริ ิยาข้างเคียงนอ้ ยกว่า

ตวั อยา่ งปฏิกริ ิยาของ cyclohexene และ คาร์บีนอยด์ ซงึ่ เกิดจากไดไอโอโดมีเทนทา
ปฏิกิริยากับ Zn(Cu) ได้ bicyclo[4.1.0]heptane เปน็ สารผลิตภณั ฑ์ แสดงดังสมการในตัวอยา่ ง
ท่ี 5
ตวั อยา่ งที่ 5

เมื่อนาคาร์บีนท่ีสังเคราะห์จากปฏิกิริยา Alpha Elimination มาทาปฏิกิริยาการเติม
แบบอิเล็กโทรฟิลิกของคาร์บีนท่ีพันธะคู่ของแอลคีนจะได้ dibromocyclopropane หรือ
dichlorocyclopropane หรือ chlorocyclopropane เป็นสารผลติ ภัณฑ์

ตัวอย่างปฏิกิริยาของ (Z)-1,2-diphenylethene หรือ cis-stilbene และ chloroform
(CHCl3) ในสภาวะที่มีเบสแก่ ได้ (3,3-dichlorocyclopropane-1,2-diyl)dibenzene เป็นสาร
ผลติ ภัณฑ์ แสดงดังกลไกและสมการในตัวอย่างที่ 6
ตัวอยา่ งที่ 6

97

คาร์บนี

กลไกการเกดิ ปฏกิ ิรยิ า

จากกลไกของปฏิกริ ิยาขา้ งต้น เมอื่ chloroform ทาปฏิกิริยากับเบสแก่ เบสจะเข้าไปดึง
โปรตอนของ chloroform เน่อื งจากโปรตอนนนั้ เกาะอยู่บนคารบ์ อนท่มี หี มู่คลอไรดถ์ ึง 3 หมู่ซึง่
เป็นหมู่ดึงอิเลก็ ตรอน จึงทาให้โปรตอนดังกล่าวมีความเป็นกรดสูงหรือขาดอเิ ลก็ ตรอน จากนน้ั
คลอไรด์อะตอม(ซ่งึ มคี ่าอิเล็กโตรเนกาตวิ ิตสี งู )จะหลุดออก เกิดเป็นไดคลอโรคาร์บนี ในขั้นตอน
ตอ่ มาจะทาปฏกิ ิริยากับ cis-stilbene โดยอิเล็กตรอนจากพันธะไพของ cis-stilbene จะเขา้ ทา
ปฏิกริ ิยา และ สร้างพันธะ CC กับไดคลอโรคาร์บีนซึง่ เปน็ อเิ ลก็ โทรไฟล์ และตามด้วยคารบ์ นี
คาร์บอนใช้อเิ ลก็ ตรอนท่ีไม่ไดส้ ร้างพนั ธะเข้าสรา้ งพันธะกบั คาร์บอนอะตอมทีม่ ีไฮบริดออรบ์ ิทลั
แบบ sp2 ของ stilbene ได้สารประกอบ dichlorocyclopropane เป็นสารผลิตภัณฑ์
3.2 ปฏิกริ ยิ าการแทรก (Insertion Reaction)

คาร์บีนสามารถแทรก (insertion) เข้าไปท่ีพันธะ CH ของสารตั้งต้นได้ ซึ่งการแทรก
ของคาร์บีนจะเกิดการสร้างพันธะใหม่ 2 พันธะได้แก่ พันธะ CC (ระหว่างคาร์บอนอะตอมของ
สารต้ังต้น และ คาร์บอนอะตอมของคาร์บีน) และ พันธะ CH (ระหว่างคาร์บอนอะตอมของ
คาร์บีน และ ไฮโดรเจนอะตอมของสารตั้งต้น) โดยท่ีคาร์บีนแต่ละชนิดมีความว่องไวและจาเพาะ
เจาะจงตอ่ ปฏิกริ ิยาการแทรกทพ่ี นั ธะ CH ของสารตง้ั ต้นแตกต่างกนั

98

คาร์บีน

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้นว่าเมทิลีนคาร์บีนท่ีเกิดจากการให้ความร้อน หรือปฏิกิริยา
แบบ photolysis ของสารประกอบไดเอโซมีเทนจะมีความว่องไวในการทาปฏิกิริยาสูงมาก
ดังนั้นจึงสามารถเกิดการแทรกเข้าท่ีพันธะ CH ของสารตั้งต้นได้อย่างไม่มีความจาเพาะ
เจาะจง โดยสามารถเขา้ แทรกไดท้ ั้งพนั ธะ CH ของคาร์บอนอะตอมชนิดปฐมภูมิ ทุติยภูมิ และ
ตติยภูมิที่มีไฮบริดออร์บิทัลแบบ sp3 รวมทั้งคาร์บอนอะตอมที่มีไฮบริดออร์บิทัลแบบ sp2 ของ
พนั ธะคู่6 แสดงดังสมการในตัวอย่างที่ 7 และ 8
ตวั อยา่ งที่ 7 6

ตวั อยา่ งที่ 8

เมทิลีนคาร์บีนท่ีอยู่ในรูปคาร์บีนอยด์และคาร์บีนชนิดอื่นๆ จะมีความจาเพาะเจาะจงใน
ปฏิกิริยาการแทรกต่อชนิดของพันธะ CH ของสารตั้งต้นมากกว่าเมทิลีนคาร์บีนที่เตรียมจาก
สารประกอบไดเอโซมีเทน เช่น ไดคลอโรคาร์บีน ซ่ึงจะเกิดปฏิกิริยาการแทรกเฉพาะพันธะ CH
ของแอลลลิ กิ คารบ์ อน และเบนซิลิกคาร์บอน7 แตจ่ ะไมเ่ กิดปฏิกิริยาการแทรกกับคาร์บอนอะตอม

99

คาร์บีน

ชนิดปฐมภูมิ และทุติยภูมิท่ีมีไฮบริดออร์บิทัลแบบ sp3 อย่างไรก็ตามไดคลอโรคาร์บีนจะ
สามารถเกิดปฏิกิริยาการแทรกกับพันธะ CH ของคาร์บอนอะตอมชนิดตติยภูมิที่มีไฮบริด
ออร์บิทัลแบบ sp3 ในสารตั้งต้นบางชนิด ตัวอย่างปฏิกิริยาการแทรกของไดคลอโรคาร์บีนท่ี
พันธะ CH ของ cis-decalin แสดงดงั สมการในตวั อยา่ งที่ 9 8
ตัวอย่างท่ี 9 8

จากตวั อย่างข้างตน้ั สารมธั ยันตร์ชนิดคาร์บีนจะไม่เกิดปฏิกิริยาการแทรกที่พันธะ CC
ของสารตั้งต้น แต่ในกรณีที่สารต้ังต้นเป็นวงขนาดเล็กที่มีความเครียดสูง (ring strain) จะ
เกิดปฏิกริ ยิ าการแทรกของคาร์บีนที่พันธะ CC ได้ ตัวอย่างการแทรกของไดโบรโมคาร์บีนที่วง
cyclopropane เปน็ cyclobutane ดงั สมการในตัวอยา่ งท่ี 10 9
ตัวอย่างท่ี 10 9

3.3 ปฏกิ ิรยิ า Wolff Rearrangement
คารบ์ ีนสามารถเกดิ การจัดตัวใหมไ่ ด้โดยการย้ายหมู่แอลคิลหรอื ไฮโดรเจนอะตอม โดย

หมู่ที่พบว่าเกิดการย้ายบ่อยครั้ง คอื หมู่เอซลิ คาร์บีน (acylcarbene) ได้สารประกอบคที นี
(ketene) เปน็ สารผลิตภณั ฑ์ ซึ่งปฏิกิรยิ านี้เรียกว่า Wolff rearrangement

ปฏิกิริยานีเ้ กิดข้ึนได้เมอื่ สารประกอบชนิด -diazoketone ทาปฏิกิริยาภายใตส้ ภาวะท่ี
ใช้ความร้อนสงู หรือใช้แสงเปน็ ตวั เรง่ ปฏิกิรยิ า หรือ ทาปฏกิ ิรยิ ากบั ซิลเวอร์ออกไซด์ (silver

100

คารบ์ ีน

oxide, Ag2O) จะเกดิ เอซิลคารบ์ ีน และได้สารประกอบคที นี เป็นสารผลิตภณั ฑ์ แสดงดังสมการ
และกลไกในตวั อย่างท่ี 11
ตัวอย่างที่ 11

กลไกการเกิดปฏกิ ริ ยิ า

จากกลไกของปฏิกิริยาท่ีแสดงข้างต้น เม่ือ diazoacetophenone ได้รับความร้อน หรือ
แสง หรือ ใช้ซิลเวอร์ออกไซด์ จะทาให้เกิดการสูญเสียก๊าซไนโตรเจน และ ได้เอซิลคาร์บีน ซึ่ง
คาร์บีนชนิดนี้สามารถจัดตัวใหม่โดยย้ายหมู่ฟีนิล ไปท่ีคาร์บอนอะตอมของคาร์บีน และ
อิเล็กตรอนท่ีไม่ได้สร้างพันธะของคาร์บีนจะย้ายตาแหน่งไปสร้างพันธะไพกับคาร์บอนอะตอม
ของคารบ์ อนลิ เกดิ เป็นสารประกอบคที นี

สารประกอบคีทีนมีประโยชน์ทางการสังเคราะห์สารอินทรีย์หลายชนิด เนื่องจาก
สารประกอบคีทีนสามารถเกิดปฏิกิริยาได้อย่างรวดเร็วกับนิวคลีโอไฟล์ชนิดต่างๆ ได้แก่ น้า
แอลกอฮอล์ หรอื เอมีน ได้กรดคารบ์ อกซลิ ิก เอสเทอร์ หรอื เอไมด์ เปน็ สารผลิตภัณฑ์ตามลาดับ

101

คารบ์ ีน

ปฏิกิริยา Arndt-Eistert เป็นตัวอย่างการนาปฏิกริ ิยา Wolff rearrangement ไปใช้
ประโยชนเ์ พ่ือใชส้ ังเคราะห์อนุพนั ธข์ องกรดคาร์บอกซลิ กิ เอสเทอร์ และเอไมด์ โดยใช้สารตง้ั ต้น
เป็นสารประกอบแอซิดคลอไรด์ทาปฏกิ ริ ยิ ากบั สารประกอบไดเอโซมเี ทน

สมการท่ัวไปของปฏกิ ิริยา Arndt-Eistert สามารถแสดงไดด้ งั น้ี

ตวั อย่างการใช้ปฏิกิริยา Wolff rearrangement ในการสังเคราะห์สารอินทรียห์ ลายชนดิ
ได้มีการรายงานไว้ ดังเชน่ การนาสารประกอบ cyclic diazodicarbonyl มาทาปฏิกริ ยิ า Wolff
rearrangement ภายใต้ความรอ้ นสูง และใช้เอมนี เป็นนิวคลีโอไฟล์เกดิ เป็น -enaminoamide
ชนดิ ต่างๆ เพื่อนาไปสังเคราะหต์ ่อเป็นสารประกอบยรู าซิล (uracil) ท่ีมีฤทธ์ทิ างชีวภาพหลาย
ชนดิ 10 แสดงดังสมการในตวั อยา่ งที่ 12
ตัวอยา่ งท่ี 1210

102

คาร์บีน

จากตวั อย่างที่ 12 สามารถแสดงกลไกของปฏกิ ิรยิ าในส่วนของ Wolff rearrangement
ไดด้ งั นี้
กลไกการเกดิ ปฏิกิริยา

103

คารบ์ นี

นอกจากนี้การใช้ปฏิกิริยา Wolff rearrangement เป็นข้ันตอนที่สาคัญขั้นตอนหน่ึงใน
การสงั เคราะห์ ()-indolizidine alkaloid 167B ซ่ึงเปน็ สารที่มีฤทธิ์ทางยา และนามาประยุกต์ใช้
ทางการแพทย์ได้11 โดยการใช้ ,-unsaturated diazoketone เป็นสารตั้งต้นและเกิดปฏิกิริยา
Wolff rearrangement โดยใช้แสง หรือ Ag2O หรือ CF3SO3Ag เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จากนั้นใช้
แอลกอฮอล์(CH3OH)เป็นนิวคลีโอไฟล์เกิดเป็น ,-unsaturated ester เพื่อใช้ในการสังเคราะห์
()-indolizidine alkaloid ได้ แสดงดังสมการในตวั อย่างท่ี 13
ตวั อย่างที่ 1311

3.4 ปฏกิ ริ ยิ าการจดั ตัวใหม่ของแอลไคน์ (Rearrangement of Alkyne, Roger Brown
Rearrangement)

สารประกอบแอลไคนเ์ ม่ือได้รบั ความรอ้ นสูงสามารถเกิดการจดั ตัวใหม่เป็นไวนลิ คาร์บนี
(vinyl cabene หรือ vinylidene) ได้ บางครัง้ เรียกปฏิกิริยาน้ีวา่ Roger Brown rearrangement
ดังตวั อยา่ งการให้ความร้อนสงู ท่ี 700 oC แกส่ ารประกอบ o-tolylacetylene ได้สารมัธยนั ตรช์ นิด
ไวนลิ คาร์บีน จากนัน้ ไวนลิ คารบ์ ีนสามารถเกดิ ปฏิกริ ยิ าต่อไปโดยการแทรกเขา้ ไปทีพ่ ันธะ CH
ของสารต้งั ตน้ ได้สารประกอบ indene เป็นสารผลติ ภณั ฑ์12 แสดงดังสมการในตัวอย่างท่ี 14

104

คารบ์ นี

ตัวอยา่ งท่ี 14 12

ตัวอยา่ งปฏิกิริยาการจัดตัวใหมข่ องแอลไคน์อนื่ ๆเชน่ การใหค้ วามร้อนสงู แกส่ ารประกอบ
biphenylacetylene ได้ไวนิลคารบ์ ีน จากนัน้ ไวนิลคาร์บีนเกิดปฏกิ ิรยิ าต่อไปโดยการแทรกไปที่
พันธะไพของวงอะโรมาตกิ ตามด้วยการเกิดปฏกิ ริ ิยา electrocyclic ring opening ได้ 1,2-
benzoazulene เป็นสารผลิตภณั ฑ์12 แสดงดงั สมการในตัวอยา่ งท่ี 15

ตัวอยา่ งท่ี 15 12

3.5 ปฏกิ ริ ยิ า Reimer Tiemann Reaction
ปฏิกิริยา Reimer Tiemann เป็นปฏิกิริยาท่ีใช้สาหรับการเติมหมู่แอลดีไฮด์ (-CHO) เข้า

ท่ีตาแหน่ง ortho- ของสารประกอบฟีนอล (ortho-formylation of phenol) ได้สารผลิตภัณฑ์เป็น
o-hydroxy benzaldehyde โดยใช้ chloroform และเบสเป็นรีเอเจนต์

ตัวอย่างปฏกิ ริ ยิ า Reimer Tiemann ท่ีใชฟ้ นี อลเปน็ สารตงั้ ต้น และ ทาปฏกิ ริ ิยากับ
ไดคลอโรคาร์บีนที่เกิดจาก Alpha Elimination ของ chloroform ในเบส ซ่ึงในปฏิกิริยาจะมีการ
ใช้ประโยชน์จากสารมัธยันตร์ชนิดไดคลอโรคาร์บีนท่ีเกิดขึ้น โดยคาร์บีนจะเป็นอิเล็กโทรไฟล์ใน
ปฏกิ ิริยา และได้ salicylaldehyde เปน็ สารผลติ ภณั ฑ์ แสดงดังสมการและกลไกในตวั อย่างที่ 16

105

คาร์บีน

ตวั อยา่ งที่ 16

กลไกการเกดิ ปฏิกิรยิ า

มีรายงานการใช้ปฏิกิริยา Reimer Tiemann ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์หลายชนิด
ดังเช่นเรว็ ๆ น้ี ผู้เขียนไดส้ งั เคราะห์ไอออนเซ็นเซอร์ชนิดใหม่ โดยนาสารที่มีคุณสมบัติในการเรือง
แสงฟลอู อเรสเซนต์ชนิด fluorescein ซึ่งเป็นสารอนุพันธ์ของสารประกอบฟีนอล มาทาปฏิกิริยา
Reimer Tiemann โดยใช้ chloroform และเบส เป็นรีเอเจนต์ เพื่อเติมหมู่แอลดีไฮด์ (-CHO
group) จากนั้นนามาสงั เคราะห์ต่อเปน็ ฟลูออเรสเซนตเ์ ซ็นเซอร์ ท่ีมีความสามารถในการตรวจวัด
ไอออนทองแดง13 และ ไอออนปรอท14 ได้อย่างจาเพาะเจาะจง แสดงดังสมการในตัวอย่างท่ี 17
และ 18 ตามลาดบั

106

คาร์บนี

ตัวอย่างที่ 17 13
ตัวอยา่ งที่ 18 14

107

คาร์แบนไอออน

บทท่ี 4 คาร์แบนไอออน (Carbanions)

คารแ์ บนไอออน เป็นสารมัธยนั ตร์ทมี่ ีอเิ ลก็ ตรอนรอบคาร์บอนอะตอม 8 อเิ ล็กตรอน โดย
มีคอู่ เิ ลก็ ตรอนที่ไมไ่ ดใ้ ช้สรา้ งพนั ธะ 1 คู่ บรรจุอยใู่ นไฮบริดออร์บิทลั ชนิด sp sp2 หรือ sp3 ทาให้
คาร์แบนไอออนมีประจลุ บ และมีคณุ สมบตั ิเป็นเบสที่แรง (strong bases) จงึ เป็นนิวคลโี อไฟล์
ท่ีดสี ง่ ผลให้มีความว่องไวต่อการทาปฏกิ ริ ยิ า

คารแ์ บนไอออนทั่วไปมไี ฮบริดออร์บิทลั ชนิด sp3 ซงึ่ สรา้ งพนั ธะโคเวเลนต์กบั อะตอมหรอื
หมูข่ องอะตอม 3 หมโู่ ดยใช้ sp3-ไฮบริดออรบ์ ทิ ลั ทงั้ 3 ออร์บทิ ลั และมีคอู่ ิเล็กตรอนที่ไมไ่ ด้ใช้ใน
การสรา้ งพนั ธะบรรจุอยู่ใน sp3-ไฮบรดิ ออร์บทิ ัลที่เหลือ คาร์แบนไอออนชนิดนี้จึงมรี ูปร่างเป็นทรง
สหี่ น้า (tetrahedral)

ในปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์ คาร์แบนไอออนทมี่ คี ณุ สมบัตเิ ป็นเบสและนิวคลโี อไฟลท์ ่ีดจี ะทา
ปฎิกิรยิ ากบั อเิ ล็กโทรไฟล์ โดยคาร์แบนไอออนจะใช้คอู่ เิ ล็กตรอนท่ีบรรจุอยู่ในไฮบริดออร์บิทัล
ชนิด sp sp2 หรอื sp3 ในการสรา้ งพันธะใหม่

เนอื่ งจากคาร์แบนไอออนเป็นคาร์บอนทมี่ ีประจลุ บและมีอิเล็กตรอนครบ 8 อิเล็กตรอน
ทาใหค้ วามเสถยี รของคาร์แบนไอออนข้ึนอยู่กบั ความหนาแน่นของอเิ ลก็ ตรอนที่คาร์บอนอะตอม
เมื่อไดร้ บั อเิ ลก็ ตรอนเพ่ิมขึ้นจากหมู่แทนที่จะสง่ ผลให้คารแ์ บนไอออนมีความเสถียรน้อยลง ใน
ทางตรงกนั ข้าม เมื่อคาร์แบนไอออนถกู ดึงอเิ ลก็ ตรอนด้วยหมูแ่ ทนท่ีจะทาใหค้ าร์แบนไอออนมี
ความเสถียรมากข้ึน ดังน้ันหมแู่ ทนที่ชนิดหมใู่ ห้อเิ ลก็ ตรอน (-NH2, -NHR, -NR2, -OR) และ
หมู่แอลคลิ (-R) จะทาใหค้ าร์แบนไอออนมีความเสถยี รลดลง ในขณะทหี่ มู่แทนที่ชนิดท่ีเป็นหมู่
ดงึ อิเลก็ ตรอน (-NO2, -CN) และ หมู่คาร์บอนิล (-C=O, -(CO)R, -(CO)H) จะทาใหค้ าร์แบน
ไอออนมีความเสถยี รมากขึ้น

108

คารแ์ บนไอออน

เมอ่ื หมู่แทนทที่ ั้งหมดของคาร์แบนไอออนถกู แทนทีด่ ้วยหมู่แอลคลิ และ ไฮโดรเจน จะ
สามารถเรยี งลาดบั ความเสถียรไดโ้ ดย เมทลิ คารแ์ บนไอออน (methyl carbanion)  คาร์แบน
ไอออนชนดิ ปฐมภมู ิ (1 carbanion)  คารแ์ บนไอออนชนิดทุติยภมู ิ (2 carbanion) 
คาร์แบนไอออนชนิดตติยภูมิ (3 carbanion) โดยการจัดลาดับความเสถียรของคารแ์ บน
ไอออนนน้ั เกิดจากผลทางอินดักทฟี (ความเปน็ ลบท่ีคาร์บอนอะตอมมากขน้ึ ) โดยคาร์แบน
ไอออนท่ีมีหมู่แทนทมี่ ากจะทาใหค้ าร์แบนไอออนมคี วามเสถยี รลดลง

พบว่าเมื่อหมู่แทนทีข่ องคาร์แบนไอออนเป็นหมเู่ บนซิล และ หมู่แอริล จะเกิดผลของ
การเรโซแนนซ์ โดยคอู่ ิเลก็ ตรอนจะสามารถเคลื่อนท่ไี ปยงั คาร์บอนอะตอมข้างเคียงได้ ทาให้
คาร์แบนไอออนชนิดเบนซิลลิกคารแ์ บนไอออนและแอลลิลิกคาร์แบนไอออนนน้ั มคี วามเสถียรสูง
กวา่ คาร์แบนไอออนชนิดอื่นๆ

โดยความเสถยี รของคาร์แบนไอออนสามารถเรยี งตามลาดับไดด้ ังน้ี

ตวั อย่างโครงสรา้ งของคารแ์ บนไอออนชนิดต่างๆแสดงดังนี้

ตั

109

คาร์แบนไอออน

นอกจากน้ียังมีคาร์แบนไอออนที่สาคัญอีกชนิดหนึ่ง เรียกว่า แอลฟาคาร์แบนไอออน ซ่ึง
เกดิ จากสารประกอบคารบ์ อนิล เช่น แอลดีไฮด์ คโี ตน และ เอสเทอร์ ท่ีมีไฮโดรเจนอยู่ที่ตาแหน่ง
แอลฟา (-H) และถูกดงึ ออกด้วยเบส

ไฮโดรเจนทตี่ าแหนง่ แอลฟา คือ ไฮโดรเจนที่อยู่บนคาร์บอนซึ่งถัดจากตาแหน่งคาร์บอน
ของคารบ์ อนลิ 1 ตาแหน่ง ไฮโดรเจนดังกล่าวจะถูกดึงอิเล็กตรอนด้วยหมู่ดึงอิเล็กตรอน (หรือหมู่
คาร์บอนิลของแอลดีไฮด์ คีโตน และ เอสเทอร์) ทาให้ขาดอิเล็กตรอน หรือ มีความเป็นกรดสูง
และสามารถถูกดงึ ออกไดง้ า่ ยเมอ่ื นาสารประกอบคาร์บอนิลน้ันไปทาปฏกิ ิรยิ ากับเบส

เม่ือแอลฟาไฮโดรเจน ถูกดึงออกด้วยเบส หรือ แอลฟาคาร์บอนของหมู่คาร์บอนิล
สูญเสียโปรตอน จะได้อีนอเลตแอนไอออน (enolate anion) ซ่ึงเกิดจากประจุลบท่ีคาร์บอนของ
แอลฟา-คาร์แบนไอออน เคลอ่ื นที่ไปยงั ออกซเิ จนอะตอมโดยการเรโซแนนซ์ แสดงดงั สมการ

อีนอเลตแอนไอออนท่ีเกิดข้ึนน้ีเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่ดีและมีความเสถียรสูงเนื่องจากอยู่ใน
รูปที่มี 2 โครงสร้างเรโซแนนซ์ (resonance forms) ดังสมการข้างบน อย่างไรก็ตามตาแหน่งท่ี
เกิดปฏิกิริยาของอีนอเลตแอนไอออนจะอยู่ที่ตาแหน่งของคาร์บอนอะตอม ดังที่เกิดขึ้นใน
ปฏิกิริยาหลายชนิด เช่น ปฏิกิริยาโบรมิเนชัน ปฏิกิริยาแอลคิลเลชัน ปฏิกิริยาอัลดอล และ
ปฏิกริ ยิ าไคลเซน ทจี่ ะกลา่ วต่อไป เป็นต้น

สารประกอบแอลดีไฮด์ คีโตน และ เอสเทอร์ มีหมู่ฟังก์ชันเป็นคาร์บอนิลท่ีมีคุณสมบัติ
เป็นหมู่ดึงอิเล็กตรอน ซึ่งมีผลต่อการขาดอิเล็กตรอน หรือ ความเป็นกรดของ -H สามารถ

110

คาร์แบนไอออน

ประมาณได้จากค่า pKa ในการดึง -H ออกจากสารต้ังต้นชนิดต่างๆ ซึ่งปกติค่า pKa ในการดึง
-H ของสารประกอบแอลดไี ฮด์และคโี ตนจะมีค่าประมาณ 20 ในขณะที่แอลคีนมีค่า pKa > 40
และ แอลไคนม์ คี า่ pKa = 25 ซ่ึงแสดงให้เห็นว่า -H ของสารประกอบแอลดีไฮด์ และ คีโตน มี
ความเป็นกรดมากกว่าโปรตอนของแอลคีน และ แอลไคน์ นอกจากนี้ถ้ามีหมู่ดึงอิเล็กตรอนอยู่
มากกว่าหน่ึงหมู่เกาะอยู่บนแอลฟาคาร์บอน (-C) จะมีผลให้ -H เป็นกรดมากย่ิงขึ้น (มี pKa
ลดลง) ดังแสดงในตารางท่ี 2
ตารางท่ี 2 ค่า pKa ของสารประกอบที่มี -H ชนดิ ต่างๆ 15

ถึงแม้ว่า -H ของสารประกอบแอลดีไฮด์ และคีโตน มีความเป็นกรด pKa  20 แต่ก็
พบว่ายังมีความเป็นกรดต่ากว่าน้า (H2O, pKa = 15.7) หรือ แอลกอฮอล์ (ROH, pKa = 16 หรือ
18) ดังน้ันเมื่อสารประกอบแอลดีไฮด์ และ คีโตน ที่มี -H อยู่ในสภาวะเบส เช่น ไฮดรอกไซด์
ไอออน (OH) หรอื แอลคอกไซด์ไอออน (OCH3, OCH2CH3) จะทาให้มีปริมาณของอีนอเลต
แอนไอออนปรมิ าณเล็กน้อยในสภาวะสมดุลดังแสดงในตัวอยา่ งท่ี 1

111

คาร์แบนไอออน

ตวั อย่างท่ี 1

(pKa  20) (pKa = 15.7)

อยา่ งไรก็ตาม พบว่าเมื่อมีอนี อเลตแอนไอออนเกิดข้นึ ในปฏกิ ิรยิ า และทาปฏกิ ริ ิยาต่อ
กบั อิเล็กโทรไฟล์แล้ว ทาให้สมดลุ ของปฏกิ ิรยิ าดาเนินไปข้างหน้ามากขึ้น สารต้งั ต้นจะกลายเปน็
อนี อเลตแอนไอออนมากข้ึนและไดผ้ ลิตภณั ฑม์ ากข้ึนในที่สดุ ตวั อย่างท่เี กยี่ วข้องกบั ปฏกิ ริ ิยา
เชน่ นจ้ี ะกล่าวถงึ ต่อไป

4.1 ปฏกิ ริ ยิ าอัลดอล (Aldol Reaction)
ในปฏิกิริยาอัลดอล สารประกอบคาร์บอนิลชนิดแอลดีไฮด์ 2 โมเลกุลจะทาปฏิกิริยากัน

ในสภาวะท่ีเป็นเบส โดยท่สี ารประกอบคาร์บอนิลโมเลกุลหน่ึงทาหน้าท่ีเป็นอิเล็กโทรไฟล์ และ
สารประกอบคาร์บอนิลอีกโมเลกุลหน่ึง ซ่ึงอยู่ในรูปอีนอเลตแอนไอออนจะเป็นนิวคลีโอไฟล์
สาหรับปฏิกริ ยิ าท่เี กดิ จากสารประกอบคารบ์ อนิลชนิดเดียวกันจะเรยี กว่า Self Aldol reaction

ปฏิกิริยาอัลดอลน้ีเป็นปฏิกิริยาการเพิ่มหมู่อะตอม โดยอีนอเลตแอนไอออนจะเข้าทา
ปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไฟล์ท่ีตาแหน่งคาร์บอนของคาร์บอนิล และได้ -hydroxy aldehyde เป็น
สารผลิตภัณฑ์ ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีหมู่ฟังก์ชันของแอลดีไฮด์และมีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) บน
คาร์บอนท่ีตาแหน่งบีตา (คาร์บอนท่ีอยู่ถัดจากตาแหน่งคาร์บอนิล 2 ตาแหน่ง) จึงเป็นที่มาของ
ชอื่ ปฏิกิริยาว่า Aldol (มาจาก aldehyde + alcohol) อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาอัลดอลเป็นปฏิกิริยา
ท่ีย้อนกลับได้ (reversible) จะอยู่ในสมดุลระหว่างสารต้ังต้นและสารผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างและ
กลไกของปฏิกิริยาอัลดอลของ acetaldehyde ในเบส ได้ 3-hydroxybutanal เป็นสารผลิตภัณฑ์
แสดงดงั สมการในตัวอยา่ งท่ี 2

112

คาร์แบนไอออน

ตัวอย่างที่ 2

กลไกการเกิดปฏกิ ริ ยิ า
ขน้ั ตอนที่ 1 เบสดึงโปรตอนทตี่ าแหน่งแอลฟา (-H) ของ acetaldehyde เกดิ เป็นอนี อเลต

แอนไอออน

ขน้ั ตอนท่ี 2 อีนอเลตแอนไอออนเข้าทาปฏกิ ิรยิ ากบั acetaldehyde ท่ีตาแหน่งคารบ์ อนของ
คารบ์ อนิล จากน้นั รับโปรตอนหนึ่งตัวจากน้าได้ -hydroxy aldehyde (3-hydroxybutanal)
เป็นสารผลิตภัณฑ์

ในกรณีทส่ี ารประกอบคาร์บอนิล 2 ชนดิ มาทาปฏิกริ ิยาอัลดอล เรียกว่า Crossed Aldol
Reaction ดงั แสดงในตัวอย่างท่ี 3

ตวั อย่างปฏกิ ริ ิยาน้ี เน่ืองจากฟอร์มาลดีไฮดไ์ มม่ ี -H จึงไม่สามารถเป็นอีนอเลตแอน
ไอออนได้ ดังนน้ั ฟอร์มาลดไี ฮด์จึงทาหน้าท่เี ป็นอิเล็กโทรไฟล์ ทาปฏิกิริยากับอีนอเลตแอน
ไอออน ของ isobutyraldehyde ได้สารประกอบ 3-hydroxy-2,2-dimethylpropanal เป็นสาร
ผลิตภณั ฑ์

113

คาร์แบนไอออน

ตวั อย่างที่ 3

(นวิ คลีโอไฟล์) (อิเล็กโทรไฟล์)

กลไกการเกิดปฏกิ ริ ยิ า
ขัน้ ตอนท่ี 1 เบสดึงโปรตอนที่ตาแหนง่ แอลฟา (-H) ของ isobutyraldehyde ไดอ้ ีนอเลต
แอนไอออน

ขัน้ ตอนที่ 2 อนี อเลตแอนไอออนเข้าทาปฏกิ ิริยากบั ฟอรม์ าลดไี ฮด์ท่คี าร์บอนของคาร์บอนิล
จากนัน้ รับโปรตอนจากน้า (protonation) ได้ 3-hydroxy-2,2-dimethylpropanal เป็นสาร
ผลิตภณั ฑ์

ตวั อย่างอ่ืนๆ ในปฏกิ ริ ยิ าอัลดอล แสดงดงั ตวั อย่างท่ี 4 และ 5
ตัวอย่างท่ี 4

114

คาร์แบนไอออน

ตัวอยา่ งที่ 5

ในกรณีท่ีสารประกอบคีโตนทาปฏิกิริยากับแอลดีไฮด์ในสภาวะที่เป็นเบส จัดเป็น
Crossed Aldol Reaction ท่ีเรียกว่า Claisen-Schmidt Reaction เพ่ือเป็นการให้เกียรติแก่ผู้
ค้นพบและผู้พัฒนาปฏิกิริยา (Schmidt และ Claisen) ในปฏิกิริยาน้ีแอลดีไฮด์และคีโตนจะ
สามารถทาปฏิกิริยากันในสภาวะท่ีเป็นเบส โดยสารประกอบแอลดีไฮด์จะเป็นอิเล็กโทรไฟล์ท่ี
ดกี วา่ คโี ตน

ในกรณีท่ีคีโตนมี -H อยู่ในโครงสร้าง -H น้ันจะถูกดึงออกด้วยเบส เกิดเป็นอีนอเลต
แอนไอออนและจะทาหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ ส่วนแอลดีไฮด์จะทาหน้าท่ีเป็นอิเล็กโทรไฟล์ใน
ปฏิกิริยาได้ -hydroxy ketone เป็นสารผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างและกลไกของปฏิกิริยา Claisen-
Schmidt แสดงดงั สมการในตัวอย่างที่ 6

ตัวอยา่ งท่ี 6

อย่างไรก็ตามในกรณีที่สารประกอบคาร์บอนิลทั้ง 2 ชนิด มี -H ในโครงสร้างท้ังคู่ ใน
สภาวะทเี่ ป็นเบส สารท้งั สองชนิดน้ีสามารถเกิดเป็นอีนอเลตแอนไอออน และเป็นนิวคลีโอไฟล์ได้
ท้ังคู่ ถึงแม้ว่าว่าแอลดีไฮด์จะเป็นอิเล็กโทรไฟล์ที่ดีกว่าคีโตน แต่การนาท้ังแอลดีไฮด์และคีโตน
ผสมกับเบสเพื่อทาปฏิกิริยาพร้อมกันจะทาให้ได้สารผลิตภัณฑ์มากกว่าหน่ึงชนิด ดังน้ันในการ

115

คาร์แบนไอออน

ทาปฏิกริ ยิ าจะมีการจดั ลาดบั การเติมรเี อเจนต์เพื่อให้ปฏิกิริยาได้สารผลิตภัณฑ์หลักในปริมาณท่ี
มากข้ึน ดังแสดงในตัวอยา่ งท่ี 7

ตวั อย่างที่ 7 1) NaOH/H2O O
CHOH
O O CH3
2)
Cyclohexanone 2-(1-Hydroxyethyl)cyclohexanone
H CH3
Acetaldehyde

กลไกการเกิดปฏิกริ ิยา
ขัน้ ตอนที่ 1 นาเบสผสมกับ cyclohexanone โดยเบสจะดงึ -H ของ cyclohexanone ได้

อีนอเลตแอนไอออน

ขั้นตอนท่ี 2 เมอื่ เตมิ acetaldehyde ลงในปฏกิ ิรยิ า อีนอเลตแอนไอออนของ cyclohexanone
จะเข้าทาปฏกิ ริ ิยากับ acetaldehyde ท่ีตาแหนง่ คาร์บอนของคารบ์ อนิล จากนน้ั รบั โปรตอนจาก
นา้ ได้ 2-(1-hydroxyethyl)cyclohexanone เปน็ ผลิตภัณฑ์จากปฏกิ ริ ิยาอลั ดอล

116

คาร์แบนไอออน

นอกจากน้ี Crossed Aldol Reaction ของสารประกอบคีโตนกับแอลดีไฮด์สามารถ
เกิดข้ึนภายในโมเลกุลเดียวกันได้ เรียกว่า Intramolecular Crossed Aldol Reaction ตัวอย่าง
ปฏกิ ิรยิ าอลั ดอลของ 7-oxooctanal ในสภาวะที่เป็นเบสได้สารผลิตภัณฑ์ท่ีมีลักษณะเป็นวงชนิด
1-(2-hydroxycyclohexyl)ethanone แสดงดังสมการในตัวอยา่ งท่ี 8

ตัวอยา่ งท่ี 8

4.2 ปฏิกิรยิ าอลั ดอลคอนเดนเซชนั (Aldol Condensation)
การใหค้ วามรอ้ นในสภาวะกรดหรือเบส จะทาให้สารผลิตภัณฑ์ท่ีได้จากปฏิกิริยาอัลดอล

และ Claisen-Schmidt Reaction เกิดการสูญเสียน้า (Dehydration) เรียกว่า ปฏิกิริยาอัลดอล
คอนเดนเซชัน ได้สารประกอบแอลดีไฮด์ หรือ คีโตนที่มีความไม่อ่ิมตัวที่ตาแหน่งแอลฟาและ
บีตา (,–unsaturated aldehyde หรือ ,–unsaturated ketone) เป็นสารผลิตภัณฑ์
พบว่าในการสูญเสยี นา้ นีจ้ ะทาให้ไดค้ ารบ์ อนทีม่ ีพันธะคู่ (C=C) ข้ึนมาใหม่ 1 พนั ธะ ซึ่งเป็นวิธีท่ีมี
ประโยชน์มากในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ท่ีมีพันธะคู่ชนิดต่างๆ (นอกเหนือจากการสร้างพันธะ
C=C ผ่านปฏิกิริยาการเติมฟอสฟอรสั อลิ ดิ (Wittig Reaction) ทีจ่ ะกลา่ วในหวั ขอ้ 4.12 ต่อไป)

ตัวอย่างของปฏิกิริยาอัลดอลคอนเดนเซชัน แสดงดังสมการในตัวอย่างที่ 9 และ 10
โดยขั้นตอนแรกคือปฏิกิริยาอัลดอล และ ขั้นตอนที่สองคือการสูญเสียน้าหรือเกิดปฏิกิริยา
คอนเดนเซชัน

ตวั อยา่ งที่ 9

117

คาร์แบนไอออน

ตวั อย่างที่ 10

โดยปกตกิ ลไกการเกิดปฏกิ ิริยาของอลั ดอลคอนเดนเซชนั ในขั้นตอนแรกจะเกดิ ผ่าน
กลไกของปฏกิ ริ ิยาอลั ดอลก่อน และตามด้วยกลไกของปฏิกริ ยิ าการขจัดน้า

ในกรณีทปี่ ฏิกิรยิ าการขจัดน้าเกิดในสภาวะเบส เบสสามารถดงึ -H ท่ีตดิ อยกู่ ับหมู่
คารบ์ อนลิ ของแอลดีไฮดแ์ ละคโี ตนซง่ึ เป็นหมู่ดึงอเิ ล็กตรอนเกิดเป็นอีนอเลตแอนไอออนทเ่ี สถียร15
จากน้ันไฮดรอกไซดไ์ อออน (OH) จะหลุดออกและได้สารผลิตภณั ฑ์ แม้ว่า OH จะเป็นหมู่ที่
หลุดออกท่ีไม่ดีในปฏกิ ิริยาการขจดั แตส่ ามารถเกิดขนึ้ ได้ในกรณนี ้ี เนอื่ งจากปฏิกริ ิยานี้เกดิ ขึ้นใน
สภาวะเบสและเป็นปฏกิ ริ ยิ าคายความร้อน (exothermic reaction) และไดส้ ารผลติ ภณั ฑท์ ี่
เสถียรย่งิ ขน้ึ คอื ,–unsaturated aldehyde หรือ ,–unsaturated ketone ซงึ่ เป็นสาร
ผลติ ภณั ฑ์ท่ีมรี ะบบคอนจูเกต (conjugate) ในโครงสร้างโมเลกลุ มากขนึ้

จากตัวอย่างท่ี 9 กลไกของปฏกิ ริ ิยาการขจัดน้าในสภาวะเบสของ 3-hydroxy butanal
ผา่ นกลไกแบบ E1cb ได้ (E)-But-2-enal เป็นสารผลิตภัณฑ์ แสดงดังได้ดงั น้ี

OH O O
H + H2O
NaOH/H2O
CH3 H CH3
heat

3-Hydroxybutanal (E)-But-2-enal

กลไกการเกิดปฏิกิรยิ าการขจดั น้าในสภาวะเบส
ขัน้ ตอนที่ 1 เบสดงึ -H ของ 3-hydroxybutanal ได้อีนอลเลตแอนไอออน

118

คาร์แบนไอออน

ข้นั ตอนที่ 2 ไฮดรอกไซดไ์ อออน (OH) หลุดออกได้ ,–unsaturated aldehyde เป็นสาร
ผลิตภัณฑ์

OH O O

CH3 H CH3 H + OH
(E)-But-2-enal
H

ในทางตรงกนั ข้ามเมือ่ ปฏิกิริยาการขจัดนา้ เกิดในสภาวะที่เปน็ กรด จะเกิดผ่านกลไก
เหมอื นกับ acid-catalyzed alcohol dehydration เนื่องจากออกซิเจนอะตอมของหมู่ไฮดรอกซิล
(-OH) รบั โปรตอนจากกรด และจะหลุดออกเป็นน้า (H2O) ในข้นั ตอนต่อไป (เนื่องจากนา้ เป็นหมู่
ทห่ี ลดุ ออกท่ีด)ี และทาให้ได้คาร์โบแคตไอออนที่เสถียร จากนน้ั น้าจะมาดงึ -H และไดส้ าร
ผลิตภณั ฑ์

ตวั อยา่ งกลไกของปฏกิ ิรยิ าการขจดั น้าในสภาวะท่ีเป็นกรดของ 3-hydroxybutanal ผ่าน
กลไกแบบ E1 ได้ (E)-But-2-enal เปน็ สารผลิตภณั ฑ์ ดังน้ี

กลไกการเกดิ ปฏิกิริยาการกา้ จดั นา้ ในสภาวะกรด

119

คาร์แบนไอออน

อย่างไรก็ตามในปฏิกิรยิ าอลั ดอลคอนเดนเซชนั น้ัน พบวา่ ถ้าเกิดปฏกิ ริ ิยาการขจัดน้าแล้ว
ทาใหไ้ ดส้ ารผลิตภัณฑท์ เี่ สถียรข้ึน เช่น เกิดสารผลิตภณั ฑท์ ีพ่ นั ธะคู่ท่ีมรี ะบบคอนจเู กตกบั
วงอะโรมาติก จะทาใหป้ ฏกิ ิรยิ ามีแนวโนม้ ทีจ่ ะดาเนินไปและสญู เสยี นา้ งา่ ยข้นึ จนในบางคร้งั ไม่
สามารถแยกสารผลิตภณั ฑ์จากปฏกิ ิริยาอัลดอลออกมาได้ (Aldol Product) และพบว่าในการ
สงั เคราะห์สารบางชนดิ อาจจะไมจ่ าเป็นต้องใช้ความร้อนช่วยเรง่ ปฏกิ ิริยา ดังตัวอย่างตอ่ ไปน้ี
ตวั อย่างท่ี 11

ตวั อย่างท่ี 12

120

คารแ์ บนไอออน

ตัวอยา่ งท่ี 13

ตัวอย่างที่ 14

การเตรียม benzalacetophenone (หรือ chalcone ซง่ึ เปน็ สารประกอบ aromatic
ketone ชนิดหนง่ึ ) ดว้ ยปฏกิ ิรยิ าอลั ดอลคอนเดนเซชัน ระหว่าง benzaldehyde และ
acetophenone โดยใช้โซเดียมไฮดรอกไซดเ์ ปน็ เบส เป็นอกี ตัวอยา่ งของสารผลิตภัณฑท์ พ่ี ันธะคู่
เปน็ ระบบคอนจูเกตกับวงอะโรมาติกสองวง เนอ่ื งจากในปฏิกิรยิ านส้ี ารผลิตภณั ฑม์ ีความเสถียร
มาก ทาใหส้ ารผลิตภัณฑจ์ ากปฏิกิริยาอัลดอลสามารถเกิดข้นึ ได้ตอ่ เน่ืองจนถงึ ขน้ั ตอนสญู เสยี นา้
และ ได้สารผลติ ภณั ฑ์จากปฏิกริ ิยาอัลดอลคอนเดนเซชันในปรมิ าณสงู แม้ทาปฏกิ ิริยาท่ีอณุ หภมู ิ
หอ้ ง ดังสมการในตวั อยา่ งที่ 15

121

คาร์แบนไอออน

ตัวอยา่ งที่ 15

มีงานวิจัยที่ใช้ปฏิกิริยาอัลดอลคอนเดนเซชันเป็นข้ันตอนหลักในการสังเคราะห์สาร
อนุพันธ์ของ chalcone ชนิดต่างๆ เช่น bavachalcone isobavachalcone xanthoangelol
และ isoxanthoangelol เพื่อศึกษาผลของการใช้เป็นสารต้านเซลล์มะเร็ง จากผลงานวิจัยน้ี
พบว่า bavachalcone มีผลต่อการยับยั้งเซลล์มะเร็งได้ดีที่สุด16 ตัวอย่างการสังเคราะห์สาร
อนุพันธ์ของ chalcone ชนิด isobavachalcone และ bavachalcone ในข้ันตอนที่ใช้ปฏิกิริยา
อลั ดอลคอนเดนเซชนั แสดงดังสมการในตัวอย่างท่ี 16
ตัวอยา่ งที่ 16 16

122

คาร์แบนไอออน

ในงานวิจัยของผู้เขียนก็ได้มีการใช้ปฏิกิริยาอัลดอลคอนเดนเซชันเป็นขั้นตอนหลักและ
ข้ั น ต อ น เ ร่ิ ม ต้ น ใ น ก า ร สั ง เ ค ร า ะ ห์ ฟ ลู อ อ เ ร ส เ ซ น ต์ เ ซ็ น เ ซ อ ร์ ท่ี ใ ช้ ใ น ก า ร ร ะ บุ ต า แ ห น่ ง ข อ ง
endoplasmic reticulum (ER) ในเซลล์สิ่งมีชีวิต ซ่ึง ER เป็นออร์แกเนลล์ชนิดหน่ึงที่อยู่ในเซลล์
ส่ิงมีชีวิต มีหน้าที่ลาเลียงสารต่างๆ เช่น RNA ไขมัน หรือ โปรตีน ให้เข้าหรือออกจากเซลล์
รวมทั้งการขจัดพิษออกจากเซลล์อีกด้วย ตัวอย่างการสังเคราะห์ฟลูออเรสเซนต์เซ็นเซอร์เพ่ือ
ระบตุ าแหนง่ ER ในขัน้ ตอนท่ใี ช้ปฏกิ ิริยาอลั ดอลคอนเดนเซชัน แสดงดงั สมการในตัวอยา่ งท่ี 17
ตัวอย่างที่ 17 17

นอกจากน้ีมีการใช้ปฏิกิริยา Claisen-Schmidt Condensation ในการสังเคราะห์สาร
อนุพันธ์ของ curcumin เพ่ือใช้ศึกษาความเป็นไปได้ในการต้านการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็ง

123

คาร์แบนไอออน

และ anti-HIV โดยใช้โพแทสเซียมคาร์บอเนต (K2CO3) เป็นเบสในปฏิกิริยา พบว่าอะซิโตน
สามารถทาปฏกิ ริ ิยากับแอลดีไฮด์ได้หลายชนดิ เกิดเป็นสารอนุพันธ์ของ curcumin ชนิดต่างๆได้
จ า ก ก า ร ศึ ก ษ า พ บ ว่ า ส า ร ผ ลิ ต ภั ณ ฑ์ เ กื อ บ ทุ ก ช นิ ด ที่ สั ง เ ค ร า ะ ห์ ไ ด้ มี ฤ ท ธ์ิ ใ น ก า ร ยั บ ยั้ ง ก า ร
เจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งลาไส้ใหญ่ โดยที่สารผลิตภัณฑ์ท่ีสังเคราะห์จาก 2-quinoline
carbaldehyde มีฤทธ์ิในการต้าน HIV ได้ดีท่ีสุด18 โดยข้ันตอนที่ใช้ปฏิกิริยา Claisen-Schmidt
Condensation ของอะซโิ ตนและแอลดไี ฮดช์ นิดต่างๆ แสดงดงั สมการในตวั อย่างท่ี 18
ตัวอย่างท่ี 18 18

124

คาร์แบนไอออน

นอกจากปฏกิ ิริยาอัลดอลคอนเดนเซชันสามารถใชก้ ับสารประกอบแอลดีไฮด์และคีโตน
ท่มี ไี ฮโดรเจนอยทู่ ี่ตาแหน่งแอลฟา (-H) ดังทีก่ ลา่ วมาแลว้ ยังสามารถเกิดปฏิกริ ยิ าท่คี ล้ายกนั นี้
กับหมู่ฟังก์ชนั อ่ืนได้เช่นสารประกอบทม่ี ีหมู่ไนโตร (-NO2) หรอื ไซยาโน (-CN) เน่อื งจากหมู่ไนโตร
และไซยาโน เป็นหมู่ดงึ อิเลก็ ตรอนท่ีดที าให้เกิดคารแ์ บนไอออนไดเ้ ม่อื อยใู่ นสภาวะเบส (คา่ pKa
ในการดึง -H ออกจากสารประกอบไนโตร และไซยาโนบางชนดิ แสดงไวด้ ังตารางที่ 2) พบว่า
คารแ์ บนไอออนท่เี กิดขึ้นน้มี ีลักษณะคลา้ ยอีนอเลตแอนไอออน จึงเป็นนวิ คลีโอไฟล์ท่ีดแี ละเสถยี ร
เนื่องจากอเิ ล็กตรอนจากแอลฟาคารแ์ บนไอออนของสารประกอบไนโตรและไซยาโน สามารถ
เคลอ่ื นยา้ ยประจุลบไปยังอะตอมออกซเิ จนของหมู่ไนโตรหรอื ไนโตรเจนอะตอมของหมไู่ ซยาโนได้
แสดงดงั สมการ

เมอ่ื สารประกอบไนโตรหรอื ไซยาโน มไี ฮโดรเจนอยู่ที่ตาแหน่งแอลฟา ไฮโดรเจนดังกล่าว
จะถูกดงึ อิเลก็ ตรอนไปดว้ ยหมดู่ งึ อเิ ลก็ ตรอน ทาให้ไฮโดรเจนดังกล่าวมีความเป็นกรดสูงหรือขาด
อิเล็กตรอน และสามารถถูกดึงออกได้ง่ายเม่ือนาสารประกอบน้ันทาปฏิกิริยากับเบส เม่ือ -H
ถูกดึงออกไปด้วยเบสแล้วจะได้แอลฟาคาร์แบนไอออนท่ีเสถียร และสามารถทาปฏิกิริยากับ
อิเล็กโทรไฟลต์ วั อน่ื ๆได้

ตัวอย่างปฏิกิริยาคอนเดนเซชัน ของสารประกอบไซยาโนชนิด 2-phenylacetonitrile
และ benzaldehyde ในเบสได้ 2,3-diphenylacrylonitrile เป็นสารผลิตภัณฑ์ แสดงดังสมการ
และกลไกการเกดิ ปฏิกิรยิ าในตวั อย่างที่ 19

125

คารแ์ บนไอออน

ตวั อยา่ งที่ 19

CH2 C N O CH C
+ H NaOCH3, CH3OH CN

2-Phenylacetonitrile Benzaldehyde (Z)-2,3-Diphenylacrylonitrile

กลไกการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า
ขัน้ ตอนที่ 1 เบสดึง -H ของ 2-phenylacetonitrile ได้แอลฟาคาร์แบนไอออนท่เี สถียร และ
ได้อนี อเลตแอนไอออนซ่งึ เกิดจากประจุลบท่ีคาร์บอนของแอลฟาคาร์แบนไอออน เคลือ่ นทไี่ ปยัง
หมู่ไซยาโนโดยการเรโซแนนซ์

ข้นั ตอนที่ 2 อีนอเลตแอนไอออนเข้าทาปฏกิ ริ ิยากบั benzaldehyde ท่คี ารบ์ อนของคาร์บอนลิ
จากนน้ั รับโปรตอนจากเมทานอล (protonation) ได้ 3-hydroxy-2,3-diphenylpropanenitrile

O CH3O H OH
H
O CH CH
CH C N CH CH CN

CN

+ OCH3

3-Hydroxy-2,3-diphenylpropanenitrile

ข้นั ตอนท่ี 3 เบสดึง -H ของ 3-hydroxy-2,3-diphenylpropanenitrile ได้คารแ์ บนไอออน

126

คารแ์ บนไอออน

ขั้นตอนท่ี 4 ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH) หลุดออกได้เปน็ สารผลิตภัณฑ์ ถึงแม้ OH เปน็ หมู่ที่
หลุดออกทีไ่ ม่ดีในปฏิกิริยาการขจดั แต่พบวา่ สามารถเกิดขึ้นไดใ้ นขนั้ ตอนของปฏิกิริยาทเี่ ป็น
ปฏิกริ ิยาคายความร้อนและได้ 2,3-diphenylacrylonitrile เป็นสารผลิตภัณฑ์ ท่ีมีความเสถยี ร
มากขน้ึ เพราะมรี ะบบคอนจูเกตมากข้นึ

OH CH C
C N + OH
CH C
C
N

(Z)-2,3-Diphenylacrylonitrile

ในกรณีของสารประกอบไนโตร สามารถเกิดปฏิกิริยาคอนเดนเซชนั ได้ ดงั ปฏิกิริยาของ
1-nitropropane และ benzaldehyde ในเบสได้ 1-(2-nitrobut-1-enyl)benzene เปน็ สาร
ผลติ ภัณฑ์ แสดงดงั สมการและกลไกการเกิดปฏกิ ริ ิยาในตัวอย่างท่ี 20

ตวั อย่างท่ี 20

O

CH3CH2CH2NO2 + H NaOH, H2O NO2
CC
1-Nitropropane Benzaldehyde
CH3CH2 H
1-(2-Nitrobut-1-enyl)benzene

กลไกการเกดิ ปฏิกริ ยิ า
ข้นั ตอนท่ี 1 เบสดึง -H ของ 1-nitropropane ไดแ้ อลฟาคาร์แบนไอออนทีเ่ สถียร ซ่ึงข้นั

ตอนนี้เกิดขนึ้ ได้ดีเน่อื งจากสารประกอบ 1-nitropropane มีคา่ pKa ประมาณ 10 ซง่ึ แสดงได้ว่า
-H มีความเป็นกรดสงู มาก (ขาดอเิ ลก็ ตรอนมาก) จงึ สามารถดึงออกไดง้ า่ ยด้วยเบส

127

คารแ์ บนไอออน

ขน้ั ตอนที่ 2 อีนอเลตแอนไอออนเข้าทาปฏิกิริยากับ benzaldehyde ท่คี าร์บอนของคาร์บอนลิ
จากน้ันรับโปรตอนจากน้า (protonation) ได้ 2-nitro-1-phenylbutan-1-ol

O

O H NO2

CH3CH2 CH N NO2 CH3CH2CH CH
O CH3CH2CH CH
HH OH
O

O 2-Nitro-1-phenylbutan-1-ol

ขั้นตอนท่ี 3 เบสดงึ -H ของ 2-nitro-1-phenylbutan-1-ol ไดค้ ารแ์ บนไอออนที่เสถยี ร

ขั้นตอนท่ี 4 ไฮดรอกไซดไ์ อออน (OH) หลดุ ออกได้ 1-(2-nitrobut-1-enyl)benzene เปน็ สาร
ผลิตภณั ฑ์ เช่นเดียวกนั กับตัวอย่างท่ี 19 ถงึ แม้ OH จะเป็นหมทู่ ห่ี ลุดออกทไี่ มด่ ีในปฏกิ ิรยิ าการ
ขจดั แตส่ ามารถเกิดข้นึ ได้เนื่องจากไดส้ ารผลิตภณั ฑ์ทเ่ี สถียรขึ้นและมีระบบคอนจเู กตมากขึน้

OO NO2
N CC

CH3CH2C CH CH3CH2 H
OH 1-(2-Nitrobut-1-enyl)benzene

4.3 ปฏกิ ิรยิ าไคลเซนเอสเทอร์คอนเดนเซชัน (Claisen Ester Condensation Reaction)
โปรตอนท่ีตาแหน่งแอลฟา (-H) ของเอสเทอร์สามารถดงึ ออกได้ดว้ ยเบสทแี่ รง ถงึ แมว้ ่า

-H ของเอสเทอรจ์ ะมีความเปน็ กรดน้อยเมอื่ เปรียบเทียบความเปน็ กรดของ -H ของแอลดไี ฮด์
และคีโตน เนื่องจากอะตอมออกซิเจนของเอสเทอร์สามารถถา่ ยเทอิเล็กตรอนโดยการเรโซแนนซ์
ไปทห่ี มู่คาร์บอนลิ ได้

128

คาร์แบนไอออน

O O
R C O R' R C O R'

ปฏิกริ ยิ าไคลเซนคอนเดนเซชนั จะคล้ายกับปฏิกิรยิ าอัลดอลคอนเดนเซชัน โดยเกดิ จาก
สารประกอบเอสเทอร์ท่ีมี -H 2 โมเลกลุ มาทาปฏิกิริยากันในสภาวะเบส (ใช้เอสเทอร์แทน
แอลดไี ฮด์และคีโตนในปฏิกริ ิยาอัลดอล) ในขนั้ ตอนแรกเบสจะดึง -H ของเอสเทอรโ์ มเลกุลหนึ่ง
ได้เปน็ อีนอเลตแอนไอออนซึ่งทาหนา้ ที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ จากน้ันเขา้ ทาปฏกิ ริ ยิ ากับเอสเทอร์ท่ี
คาร์บอนของคาร์บอนลิ อีกโมเลกลุ หน่งึ ซ่ึงทาหนา้ ท่เี ป็นอเิ ล็กโทรไฟล์ เม่อื สิน้ สุดปฏกิ ิรยิ าจะเตมิ
กรดเจือจางในข้นั ตอนสุดทา้ ยเพอ่ื เปล่ยี นอนี อเลตแอนไอออนเปน็ สารประกอบบีตา-คโี ตเอสเทอร์

ตวั อยา่ งปฏกิ ิริยาไคลเซนคอนเดนเซชนั ของ methyl acetate ในเบสได้ methyl 3-
oxobutanoate เปน็ สารผลิตภณั ฑ์ แสดงดงั สมการและกลไกในตวั อยา่ งที่ 21

ตัวอยา่ งท่ี 21

O OO
2 CH3 O CH3
1) NaOCH3, CH3OH CH3 O CH3
Methyl acetate 2) H3O+
Methyl 3-oxobutanoate

กลไกการเกิดปฏกิ ริ ิยา
ขนั้ ตอนท่ี 1 เบสดงึ -H ของ methyl acetate ได้อีนอเลตแอนไอออน

ขั้นตอนท่ี 2 อนี อเลตแอนไอออนเข้าทาปฏกิ ิริยาท่ีคารบ์ อนิลคาร์บอน ของ methyl acetate อีก
หน่งึ โมเลกุล และกาจัด methoxide ออกได้บีตา-คโี ตเอสเทอร์

129

คารแ์ บนไอออน

อย่างไรก็ตามพบวา่ -H ของบีตา-คีโตเอสเทอร์มีความเปน็ กรดสงู มาก เน่อื งจากถกู ดงึ
อิเลก็ ตรอนจากหม่ดู ึงอิเลก็ ตรอนของหมู่คีโตนและหมู่เอสเทอร์ ซึง่ เม่อื อยู่ในสภาวะทเ่ี ป็นเบส จะ
ถูกดึง -H ของบีตา-คีโตเอสเทอร์ได้อีนอเลตแอนไอออนอกี คร้ัง

เมื่อสิน้ สดุ ปฏกิ ริ ยิ า กรดเจือจางทเ่ี ติมในขนั้ ตอนสุดท้าย จะเปลย่ี นอนี อเลตแอนไอออน
เป็นสารประกอบบีตา-คีโตเอสเทอร์ ซง่ึ เป็นสารผลติ ภัณฑ์

H H
O
H

OO OO

CH3 O CH3 CH3 O CH3 + H2O

H Methyl 3-oxobutanoate

enolate anion

130

คารแ์ บนไอออน

ตวั อย่างอ่ืนๆ ของปฏิกิรยิ าไคลเซนคอนเดนเซชนั แสดงดังตวั อย่างต่อไปนี้
ตวั อยา่ งที่ 22

ตัวอย่างที่ 23

ตัวอย่างที่ 24

O 1) NaOCH3, CH3OH OO
2 O CH3 2) H3O+ O CH3 + CH3OH

Methyl 2-phenylacetate

Methyl 3-oxo-2,4-diphenylbutanoate

ตวั อยา่ งที่ 25

O OO

2 O CH3 1) NaOCH3, CH3OH O CH3
2) H3O+ + CH3OH

Methyl 3-cyclohexylpropanoate

Methyl 5-cyclohexyl-2-(cyclohexylmethyl)-3-oxopentanoate

ปฏกิ ิรยิ าไคลเซนคอนเดนเซชนั สามารถเกิดไดก้ ับเอสเทอรต์ า่ งชนิดกัน เรียกว่า Crossed
Claisen Condensation ซงึ่ โดยปกติแล้วจะมเี อสเทอรเ์ พียงชนดิ เดยี วท่ีมี -H ท่ีจะถูกดึงออก

131

คารแ์ บนไอออน

ดว้ ยเบสเพ่ือกลายเปน็ อนี อเลตและนิวคลีโอไฟล์ในขณะทเี่ อสเทอร์ท่ีไมม่ ี -H จะทาหนา้ ทเี่ ปน็
อิเล็กโทรไฟล์ แสดงตวั อยา่ งของ Crossed Claisen Condensation ดงั ต่อไปน้ี

ตัวอยา่ งท่ี 26 O 1) NaOCH3, CH3OH OO
O CH3
O CH3 O CH3 2) H3O+ + CH3OH
O CH3 +
Methyl acetate Methyl 3-oxo-3-phenylpropanoate
Methyl benzoate

ตัวอยา่ งที่ 27

O + O 1) NaOCH3, CH3OH OO
O CH3 O CH3 2) H3O+ O CH3

+ CH3OH

Methyl 2-phenylacetate Methyl benzoate

Methyl 3-oxo-2,3-diphenylpropanoate

ตวั อย่างที่ 28

O + O O O
CH3 O O CH3 O CH3 1) NaOCH3, CH3OH CH3 O O CH3
2) H3O+
Methyl 2-phenylacetate + CH3OH
Dimethyl carbonate

Dimethyl 2-phenylmalonate

ตวั อย่างที่ 29

OO O O O
O O CH3
O CH3 + CH3 O O CH3 1) NaOCH3, CH3OH CH3
2) H3O+ + CH3OH
O

Methyl 2-phenylacetate Dimethyl oxalate

Dimethyl 2-oxo-3-phenylsuccinate

ตวั อย่างท่ี 30

O O OO
CH3 O CH3 1) NaOCH3, CH3OH
Methyl acetate + H O CH3 2) H3O+ O CH3 + CH3OH
Methyl formate H 3-oxopropanoate
Methyl

132

คาร์แบนไอออน

ตวั อยา่ งที่ 31

O O O O
O CH3 CH3 O CH3
+ CH3 O CH3 1) NaOCH3, CH3OH + CH3OH
CH3 CH3 CH3
2) H3O+ CH3

Methyl 2-phenylacetate Methyl pivalate

Methyl 4,4-dimethyl-3-oxo-2-phenylpentanoate

นอกจากนป้ี ฏิกิริยา Crossed Claisen Condensation สามารถเกิดขึ้นได้กบั คโี ตนและ

เอสเทอร์เชน่ กัน ซึ่งโดยปกติแล้ว -H ของคีโตน (pKa20) มคี วามเป็นกรดมากกวา่ เอสเทอร์
(-H ของเอสเทอร์ pKa 25) คีโตนจะถูกเบสดึง -H และกลายเปน็ อีนอเลตแอนไอออนและ
เปน็ นวิ คลโี อไฟล์ ในขณะท่ีเอสเทอร์จะทาหนา้ ทเ่ี ป็นอิเล็กโทรไฟล์ อยา่ งไรกต็ ามปฏิกริ ยิ าชนิดน้ี
จะมีประสทิ ธภิ าพดที ่ีสดุ เมื่อเอสเทอรไ์ มม่ ี -H ตัวอยา่ งปฏิกิริยา Crossed Claisen
Condensation ของคีโตน และเอสเทอรแ์ สดงดงั ตวั อยา่ งท่ี 32 และ 33

ตัวอยา่ งที่ 32

O O 1) NaOCH3, CH3OH OO + CH3OH
H + H O CH3 2) H3O+
CH3 CH3 H
Methyl formate CH3 CH3

2-Methyl-1-phenylpropan-1-one 2,2-Dimethyl-3-oxo-3-phenylpropanal

ตวั อย่างที่ 33 OO

OO O 1) NaOCH3, CH3OH O CH3
+ CH3 O O CH3
2) H3O+ O + CH3OH
Cyclohexane-1,3-dione Dimethyl carbonate
Methyl 2,6-dioxocyclohexanecarboxylate

เม่อื เร็วๆ นี้ได้มีการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์สารกลุ่ม 4-aryl-2,4-diketoester เพ่ือใช้เป็น
โครงสร้างหลักของสารประกอบ pyrazole ท่ีใช้เป็นยาต้านการอักเสบหรือยาระงับอาการปวด
โดยผ่านปฏิกิริยา Crossed Claisen Condensation19 ของคีโตน alkylphenone ชนิดต่างๆ
และ diethyl oxalate โดยใชเ้ บสชนดิ lithium tert-butoxide

133

คารแ์ บนไอออน

ในการวิจัยน้ีพบว่าเบสชนิด lithium tert-butoxide เป็นเบสที่เหมาะสมกับปฏิกิริยา
Crossed Claisen Condensation โดยเฉพาะเมื่อใช้กับสารตั้งต้นที่มีความเกะกะสูง เนื่องจาก
lithium tert-butoxide เป็นเบสที่แรง รวมท้ังลิเทียมท่ีมีขนาดเล็กและสามารถสร้างพันธะกับ
ออกซิเจนอะตอมได้ดี จึงมีส่วนในการทาให้อีนอเลตแอนไอออนท่ีเกิดข้ึนในปฏิกิริยามีความ
เสถียรมากขึ้น เม่ือเปรียบเทียบกับการใช้ sodium ethoxide ในการสังเคราะห์สารกลุ่ม 4-aryl-
2,4-diketoester ชนิดเดียวกัน พบว่าการใช้ lithium tert-butoxide จะทาให้ได้ปริมาณผลผลิต
สูงขนึ้ อย่างเห็นได้ชัด สมการการสังเคราะหแ์ สดงดงั ตัวอย่างที่ 34
ตัวอยา่ งที่ 34 19

4.4 ปฏิกิรยิ า Dieckmann Condensation
Dieckmann Condensation หรอื Dieckmann Cyclization คือการเกิดปฏิกิริยาไคลเซน

คอนเดนเซชันระหวา่ งหมู่เอสเทอร์สองหมใู่ นโมเลกุลเดียวกนั บางครงั้ ปฏิกริ ยิ าน้ีถูกเรยี กว่า
Intramolecular Claisen Condensation ได้สารประกอบท่ีมีลักษณะเปน็ วงทีเ่ รียกว่า cyclic -
keto ester เป็นสารผลิตภัณฑ์ การเกิดปฏิกิรยิ าแบบน้ีเกิดข้นึ ได้ดีเมอ่ื เกิดเป็นสารผลิตภัณฑช์ นิด
ท่เี ป็นวงหา้ เหล่ียม หรือ วงหกเหล่ยี ม

134

คาร์แบนไอออน

ตวั อย่างปฏกิ ิริยา Dieckmann Condensation ของ dimethyl heptanedioate (1,7-
diester) ในเบสได้ methyl 2-oxocyclohexanecarboxylate เป็นสารผลิตภัณฑ์ชนิดทเ่ี ปน็ วงหก
เหลี่ยม แสดงดังสมการในตัวอยา่ งท่ี 35

ตัวอย่างท่ี 35

O 1) NaOCH3, CH3OH O + CH3OH
OCH3 2) H3O+ OCH3

O O

OCH3

Dimethyl heptanedioate Methyl 2-oxocyclohexanecarboxylate

(cyclic -keto ester)

กลไกการเกิดปฏิกริ ยิ า
ขั้นตอนท่ี 1 เบสดงึ -H ของ dimethyl heptanedioate ได้อีนอเลตแอนไอออน

ข้ันตอนท่ี 2 อนี อเลตแอนไอออนเขา้ ทาปฏิกิริยาที่คารบ์ อนของคาร์บอนิล ในโมเลกุลเดยี วกัน
ของ dimethyl heptanedioate และกาจดั methoxide ออกไดบ้ ีตา-คโี ตเอสเทอร์

O O O
OCH3
OCH3 OCH3
O O + OCH3
OCH3
OCH3 O
Methyl 2-oxocyclohexanecarboxylate

(cyclic -keto ester)

135

คาร์แบนไอออน

เน่ืองจาก -H ของบีตา-คีโตเอสเทอร์ ถูกดงึ อเิ ล็กตรอนจากหมู่ดึงอิเล็กตรอนสองหมู่
(หมู่คโี ตนและหมู่เอสเทอร์) จงึ ทาใหโ้ ปรตอนท่ี -H มคี วามเป็นกรดสงู มากและเมื่ออยู่ในสภาวะ
ทเี่ ป็นเบส เบสจะดึง -H ของบีตา-คีโตเอสเทอร์ได้อีนอเลตแอนไอออนอีกครง้ั จากนั้นกรด
เจือจางทเี่ ติมเป็นข้ันตอนสุดท้าย จะเปลี่ยนอีนอเลตแอนไอออนเป็นสารประกอบ cyclic -keto
ester

ตัวอย่างอนื่ ๆ ของปฏกิ ิริยา Dieckmann Condensation แสดงดงั ตัวอย่างต่อไปนี้

ตัวอย่างท่ี 36

OO

OCH2CH3 1) NaOCH2CH3, CH3CH2OH OCH2CH3
O O + CH3CH2OH

2) H3O+
OCH2CH3

Diethyl adipate Ethyl 2-oxocyclopentanecarboxylate
(cyclic -keto ester)

136

คาร์แบนไอออน

ตวั อยา่ งท่ี 37

ตัวอยา่ งที่ 38

O O OCH3
OCH3
1) NaOCH3, CH3OH O + CH3OH
O
2) H3O+
OCH3
Methyl 2-oxo-octahydropentalene-1-carboxylate

Methyl 3-(2-(2-methoxy-2-
oxoethyl)cyclopentyl)propanoate

4.5 ปฏิกริ ิยาการเติมหมู่แอลคลิ บนแอลฟาอะตอมของสารประกอบคโี ตน (Alkylation of
-Carbon of Ketone)

เนอื่ งจากอีนอเลตแอนไอออนเปน็ นวิ คลโี อไฟล์ท่ดี ี จงึ เกิดปฏกิ ริ ิยาแทนทีแ่ บบ SN2 กับ
สารประกอบแอลคิลเฮไลด์ได้ ปฏกิ ริ ิยาดังกลา่ วเรียกวา่ ปฏิกริ ยิ าแอลคลิ เลชัน (Alkylation)
แม้ว่าอีนอเลตแอนไอออนจะมีส่วนท่ีแสดงความเป็นนิวคลีโอฟลิ ิกอยูส่ องตาแหนง่ คือส่วน
คารบ์ อนและออกซเิ จนอะตอม ซึ่งสามารถเกิดปฏกิ ิริยาได้ท้ังสองตาแหนง่ แต่โดยปกตแิ ล้วการ

เกดิ ปฏกิ ริ ิยาจะได้สารผลิตภัณฑ์หลกั ทเ่ี กิดจากการสรา้ งพันธะ CC ข้ึนใหมร่ ะหว่างอีนอเลต

แอนไอออนและแอลคิลเฮไลด์ (CAlkylation) ในบางกรณอี าจจะพบสารผลิตภัณฑ์บางสว่ น

อาจเกิดจากการสรา้ งพันธะ OC ข้นึ ใหม่ (OAlkylation) ได้เช่นกัน

137

คารแ์ บนไอออน

OO
C-Alkylation
R CH2 + R' X
R CH2 R' + X

O O-Alkylation O R'

+ R' X R CH2 +X

R CH2

(enolate anion)

โดยปกติปฏกิ ิริยาแอลคิลเลชันของอนี อเลตแอนไอออนจะไม่ใชก้ ับเบสท่วั ไป เช่น
ไนโตรเจนเบส (NH2R) ไฮดรอกไซด์ (OH) หรอื แอลคอกไซด์ (CH3O, CH3CH2O) เนอ่ื งจาก
ในสมดุลของปฏกิ ิริยามีปรมิ าณเบสสงู มาก ทาใหเ้ บสดังกล่าวสามารถทาหน้าทเี่ ปน็ ทั้งเบสและ
นิวคลีโอไฟล์ทีด่ ี จึงทาให้เกิดปฏกิ ิริยาข้างเคียงท่ีไม่ต้องการได้ง่าย ตวั อย่างเชน่ สารตงั้ ต้น
(แอลคิลเฮไลด์)บางส่วนอาจทาปฏกิ ริ ยิ ากบั เบสได้ ก่อนท่ีแอลดีไฮด์หรือคีโตนจะถูกเบสดงึ -H
ดังน้ันในปฏิกิริยาแอลคิลเลชนั ของอีนอเลตแอนไอออนจงึ มักใชค้ ่กู ับเบส lithium diisopropyl
amide (LDA) เพอื่ หลกี เลยี่ งการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงดังกล่าว

Lithium diisopropylamide หรอื LDA เปน็ เบสทีแ่ รงซ่งึ ประกอบด้วยไนโตรเจนอะตอมท่ี
สร้างพันธะกบั หมู่ isopropyl 2 หมู่ ทาใหเ้ บสชนิดน้ีมคี วามเกะกะสูง และทาให้ไนโตรเจนอะตอม
ของ LDA ไมส่ ามารถเข้าทาปฏิกริ ิยากบั คาร์บอนของคาร์บอนิลได้ จึงทาให้ LDA มีความเป็น
นวิ คลโี อไฟล์ที่ไม่ดี แต่เนอื่ งจาก LDA เป็นเบสที่ดีจึงดงึ โปรตอนไดเ้ ร็วกว่าการทาปฏกิ ริ ิยากบั
คาร์บอนอะตอม

LDA สามารถเตรียมได้จากปฏิกิริยาของ diisopropylamine และ butylithium ในตัวทา

ละลายชนดิ tetrahydrofuran (THF) ท่ีอณุ หภมู ิ -78 ซ แสดงดงั สมการ

138

คาร์แบนไอออน

เม่อื เกดิ ปฏกิ ริ ิยาขน้ึ LDA จะดึง -H ออกจากคโี ตน ได้อีนอเลตแอนไอออน และ ค่เู บส
ของ LDA (diisopropylamine, pKa= 40) ซึ่งมคี วามเป็นกรดน้อยกว่าคีโตนเรม่ิ ต้น และเนื่องจาก
LDA เปน็ เบสทีด่ ี สามารถเปล่ยี นสารต้งั ต้นเป็นอีนอเลตแอนไอออนได้อย่างสมบูรณ์ เม่อื
เปรียบเทียบกบั การใช้เบสท่ัวไป เชน่ ไฮดรอกไซด์ไอออน ดังแสดงในตัวอย่างที่ 39

ตวั อยา่ งท่ี 39 15

การใช้ LDA ให้มปี ระสิทธิภาพสูงสุดน้นั ต้องควบคมุ ปรมิ าณของ LDA ให้ใกลเ้ คียงกับ
ปรมิ าณของสารตง้ั ต้น หรือเปา้ หมายในการดึง -H เช่น ถ้าตอ้ งการดึง -H ออก 1 โปรตอนจะ
เตมิ LDA ปริมาณเทา่ กับความเข้มข้นของคีโตนตง้ั ต้น ตัวอย่างปฏิกริ ยิ าการเติมบนแอลฟา
คาร์บอน ของ 2-methyl-1-phenylpropan-1-one ในเบส LDA ได้ 3-cyclohexyl-2,2-dimethyl-
1-phenyl propan-1-one เป็นสารผลิตภณั ฑ์ แสดงดังสมการในตัวอย่างที่ 40

ตวั อย่างที่ 40

O

H 1) LDA

CH3 CH3 O

2) I

2-Methyl-1-phenylpropan-1-one CH3 CH3

(Iodomethyl)cyclohexane

3-Cyclohexyl-2,2-dimethyl-1-phenylpropan-1-one

139

คาร์แบนไอออน

กลไกการเกิดปฏิกิรยิ า
ขนั้ ตอนท่ี 1 เบส lithium diisopropylamide (LDA) ดึง -H ของ 2-methyl-1-phenyl
propan-1-one ได้อีนอเลตแอนไอออนอย่างสมบูรณ์

ขั้นตอนท่ี 2 อีนอเลตแอนไอออนเข้าทาปฏิกิริยาที่เมทลิ นี คาร์บอนบนโมเลกลุ ของ (Iodo
methyl)cyclohexane และกาจัดไอโอไดด์ไอออนออก ได้สารผลิตภัณฑ์

I

OO

CH3 CH3 CH3 CH3 +I

3-Cyclohexyl-2,2-dimethyl-1-phenylpropan-1-one

ตวั อย่างอ่นื ๆ ในปฏกิ ิรยิ าการเตมิ บนแอลฟาคาร์บอนคีโตนโดยใช้เบส LDA แสดงดัง
ตวั อยา่ งท่ี 41 และ 42 ในกรณีน้ีสารต้งั ต้นมี -H มากกว่า 1 โปรตอนจึงตอ้ งควบคุมปรมิ าณของ
LDA ให้เทา่ กับความเข้มขน้ ของคโี ตนเริม่ ตน้ เพอื่ ควบคมุ ใหเ้ บสดึง -H จานวน 1 โปรตอน
เท่าน้นั และควบคุมให้เกิดปฏิกริ ยิ าแอลคลิ เลชันเพยี งครัง้ เดยี ว

140

คาร์แบนไอออน

ตวั อยา่ งที่ 41 O

O Br
1) LDA 2-Allyl-3,4-dihydronaphthalen-1(2H)-one

2)
3,4-Dihydronaphthalen-1(2H)-one

ตัวอย่างท่ี 42

OO

1) LDA

CH3 CH3 CH3 CH2

Propan-2-one 2) Br

(Acetone) 4-Phenylbutan-2-one

อย่างไรก็ตามการใชเ้ บส LDA มขี ้อจากัดวา่ จะใชไ้ ดด้ ีกับสารประกอบทีม่ ี -H ชนดิ เดียว
ในโมเลกลุ เทา่ น้ัน เน่ืองจากสารต้งั ต้นท่มี ี -H หลายชนิดจะทาให้เกิดสารผลิตภัณฑ์ได้หลาย
ชนิดในปฏกิ ิริยา แสดงดังตัวอยา่ งท่ี 43

ตัวอย่างที่ 43

141

คารแ์ บนไอออน

4.6 ปฏกิ ริ ยิ าแอลคิลเลชันและปฏกิ ิริยาเอซิลเลชันของแอลฟาคาร์บอนผ่านอีนามีน
(Alkylation and Acylation of -Carbon via an Enamine Intermediate, Stork
Enamine Reaction)
ปฏกิ ริ ิยาแอลคิลเลชันบนแอลฟาคารบ์ อนผา่ นอีนามนี (enamine) สามารถใชส้ ร้าง

พนั ธะ CC ชนดิ ใหม่บนแอลฟาคาร์บอนไดเ้ ชน่ เดียวกันกับการใช้ LDA แต่ปฏกิ ริ ิยาน้ีมคี วาม
รนุ แรงนอ้ ยกว่า (mild condition) และ มคี วามจาเพาะเจาะจงกับแอลฟาคาร์บอนมากกวา่
ในบางครง้ั ปฏกิ ริ ยิ าแอลคลิ เลชันบนแอลฟาคาร์บอนผ่านอนี ามีน จะถูกเรียกว่า Stork Enamine
Reaction เพือ่ เป็นเกียรติแก่ Gilbert Stork ซึ่งเปน็ ผู้คน้ พบปฏกิ ิรยิ า

อีนามนี หรือไวนลิ เอมีน (vinyl amine) เป็นสารประกอบไนโตรเจนทมี่ ีโครงสร้างคลา้ ยกบั
อีนอล อเิ ล็กตรอนคู่บนไนโตรเจนของอนี ามนี สามารถเคล่ือนท่ีไปยังแอลฟาคาร์บอนได้ ทาให้
อนี ามนี มีคุณสมบัติคล้ายกับคารแ์ บนไอออน

R R

R N R' N R'
C C
C R C

R' R' R' R'

resonance form of enamine

อีนามนี สามารถสงั เคราะหไ์ ด้จากการนาสารประกอบแอลดไี ฮด์หรือคีโตนมาทาปฏกิ ริ ิยา
กับเอมนี ชนิดทุตยิ ภมู ิ (secondary amine) กลไกและตวั อย่างของปฏกิ ิรยิ าการสงั เคราะห์
อนี ามีนจากคีโตนชนิด cyclohexanone ทาปฏกิ ริ ิยากับเอมนี ชนิดทุตยิ ภูมิคือ pyrrolidine ได้
อีนามีนเป็นสารผลิตภัณฑ์ แสดงดงั สมการในตัวอย่างที่ 44

ตวั อย่างท่ี 44

142

คารแ์ บนไอออน

กลไกการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า

อีนามีนมีคุณสมบัติคล้ายกับคารแ์ บนไอออน จึงเป็นนวิ คลีโอไฟลท์ ด่ี ี และสามารถเกดิ
ปฏิกิริยาแทนท่ีแบบ SN2 กับสารประกอบแอลคิลเฮไลด์ได้

ตัวอย่างและกลไกของปฏกิ ริ ิยาการเติมหมู่เบนซิล (benzyl) ท่ีตาแหนง่ แอลฟาคารบ์ อน
ของอีนามนี ชนิด 1-cyclohexenylpyrrolidine ได้สารประกอบ 2-benzylcyclohexanone เปน็
สารผลติ ภัณฑ์ แสดงดงั สมการในตัวอย่างท่ี 45
ตวั อยา่ งท่ี 45

143