OCH/OC2

Karbonylové

sloučeniny 2

1

2

Reaktivita karbonylových sloučenin Nukleofilní adice na karbonylovou skupinu

AN vody – vznik hydrátů

AN alkoholů – tvorba acetalů a ketalů

AN HCN – vznik kyanhydrinů

AN Grignardových činidel a hydridů – vznik alkoholů

AN aminů – vznik iminů a enaminů

AN hydrazinu – Kižněr-Wolfova reakce

AN fosfonium-ylidů – Wittigova reakce

Konjugované adice (aminů, vody, alkylových skupin s diorganokupráty)

Cannizarova reakce

Subsituce na α-uhlíku

Halogenace

Hell-Volhardova-Zelinského bromace kyselin

Haloformová reakce

Alkylace enolátů

Reakce typu aldolizace

Oxidace a redukce

Nukleofilní acylové substituce

3

Subsituce na α-uhlíku

Tautomerní přesmyk karbonylových sloučenin se katalyzuje kyselinami i

bázemi.

Čisté enoly se nedají běžně izolovat, jsou generovány v rovnovážně nízké

koncentraci jako meziprodukty s krátkou dobou života

Stabilní roztoky čistých enolátů lze připravit působením silné báze.

Enoláty jsou reaktivnější než enoly.

4

Subsituce na α-uhlíku

Tautomerní přesmyk karbonylových sloučenin se katalyzuje kyselinami i

bázemi.

5

Subsituce na α-uhlíku

Halogenace aldehydů a ketonů

Mechanismus:

6

Subsituce na α-uhlíku

Hell-Volhardova-Zelinského bromace kyselin

Mechanismus:

7

Subsituce na α-uhlíku

Tvorba enolátů

Silná báze může odštěpit kyselý atom vodíku v α-poloze karbonylové skupiny

za tvorby enolátového iontu.

Vysvětlení – stabilizace enolátového iontu rezonancí mezi dvěma rezonančními

strukturami.

8

Subsituce na α-uhlíku

Silná báze může odštěpit kyselý atom vodíku v α-poloze karbonylové skupiny

za tvorby enolátového iontu.

Vysvětlení – stabilizace enolátového iontu rezonancí mezi dvěma rezonančními

strukturami.

Tvorba enolátů

9

Subsituce na α-uhlíku

Silná báze – NaH, LDA (diisopropylamid lithný, lithium-diisopropylamid)

Pro deprotonaci dikarbonylových sloučenin lze použít slabší báze (např. NaOEt)

Tvorba enolátů

10

Subsituce na α-uhlíku

Tvorba enolátů

11

Subsituce na α-uhlíku

Haloformová reakce

12

Subsituce na α-uhlíku

Alkylace enolátů

Malonesterová syntéza

Acetoacetátová syntéza

Přímá alkylace ketonů, esterů a nitrilů

13

Subsituce na α-uhlíku

Alkylace enolátů - malonesterová syntéza

Diethyl-malonát je silnější kyselina, takže jej lze deprotonovat slabšími bázemi,

např. NaOEt. Alkylace probíhá velmi čistě.

Při kyselé hydrolýze malonátů dochází k dekarboxylaci a vzniká substituovaná

monokarboxylová kyselina

14

Subsituce na α-uhlíku

Alkylace enolátů - malonesterová syntéza

Příklady

15

Subsituce na α-uhlíku

Alkylace enolátů - acetoacetátová syntéza

Ethyl-acetoacetát je ještě kyselejší než malonát a alkyluje se analogicky.

Zahříváním s vodnou HCl se alkyl či dialkylacetoacetát hydrolyzuje.

16

Subsituce na α-uhlíku

Alkylace enolátů - acetoacetátová syntéza

Příklady

17

Subsituce na α-uhlíku

Alkylace enolátů - přímá alkylace ketonů, esterů a nitrilů

Nutno použít stericky bráněné báze jako je LDA a aprotické rozpouštědlo (aby

se dosáhlo úplné přeměny na enolát a současně se zabránilo nukleofilní adici)

18

Subsituce na α-uhlíku

Alkylace enolátů - přímá alkylace ketonů, esterů a nitrilů

Nutno použít stericky bráněné báze jako je LDA a aprotické rozpouštědlo (aby

se dosáhlo úplné přeměny na enolát a současně se zabránilo nukleofilní adici)

19

Reakce typu aldolizace

aldolizace – pokud vzniká -hydroxylová skupina

aldolová kondenzace - pokud produkt eliminuje vodu a vznikne dvojná vazba

Reakce typu aldolizace

21

Reakce typu aldolizace

Bazicky katalyzovaná aldolizace

aldolizace je reversibilní reakce, je ovlivněna jak bází tak karbonylovou

sloučeninou, typickou bází je OH-, probíhá na aldehydech nebo ketonech – v

případě aldehydů je rovnováha posunuta směrem k produktům, v případě

ketonů je příznivá směrem k výchozí látce

Reakce typu aldolizace

Kysele katalyzovaná aldolizace

aldolizace se sice obvykle provádí za přítomnosti stopy báze, ovšem je možný i

kysele katalyzovaný průběh reakce

v tomto případě probíhá nejdříve vznik enolformy, která je slabším nukleofilem

než enolát

protonizace karbonylu v kyselém prostředí ovšem zvyšuje jeho elektrofilní

charakter, což následně usnadňuje adiční reakci

za bazických podmínek často nelze aldolový produkt isolovat, ale odštěpuje

vodu z a uhlíku za tvorby , -nenasycených karbonylových sloučenin

23

Aldolová kondenzace

Reakce typu aldolizace

mechanismus bazicky katalyzované reakce

u bazicky katalyzované aldolizace stačí obvykle ke vzniku enonu zahřívání

reakční směsi, při kterém dochází ke spontánní eliminaci přechodně vznikajícího

aldolu

24

Aldolová kondenzace

Reakce typu aldolizace

mechanismus kysele katalyzované reakce

protože tento typ dehydratace probíhá velmi snadno, aldolové intermediáty

obvykle nelze vůbec izolovat a aldolizace aldehydů nebo ketonů v kyselém

prostředí většinou končí až ve stadiu enonu

25

Aldolová kondenzace

Reakce typu aldolizace

Shrnutí:

jedna z kondenzačních reakcí, při které dochází k eliminaci malé molekuly, v

tomto případě vody

-hydroxy karbonylová sloučenina může nebo nemusí být za podmínek

aldolizace isolovatelná

pokud je ,-nenasycená karbonylová sloučenina konjugována s

aromatickým jádrem tak je eliminace vody spontánní a -hydroxy

karbonylová sloučenina nemůže být isolována

26

Aldolová kondenzace

Reakce typu aldolizace

27

Aldolizace a aldolová kondenzace

Reakce typu aldolizace

Příklady

Dehydratace (a odstraňování vody z reakční směsi) posouvá rovnováhu i u

reakcí, kde samotná aldolizace probíhá jen málo.

U reakcí aldehydů lze zastavit reakci ve stádiu aldolu pouze za nízké teploty

– při zahřívání dochází k dehydrataci (aldolová kondenzace).

28

Zkřížené aldolové kondenzace

Reakce typu aldolizace

reagují-li rozdílné karbonylové sloučeniny reakce je neselektivní

např. v případě acetaldehydu a propanalu vznikají 4 možné produkty

ÚKOL – schematicky znázorni průběh aldolizace acetaldehydu s

propanalem

29

Zkřížené aldolové kondenzace

Reakce typu aldolizace

synteticky použitelné pouze pokud pouze jedna karbonylová sloučenina má k

dispozici vodíky – tvorba pouze jednoho produktu

V případě aldehydů je nutno enolizovatelný aldehyd přidávat pomalu, aby se

zamezilo samoaldolizaci. Vzniká jen malé množství enolátu, který ihned

zreaguje s přebytkem druhého reaktantu.

ÚKOL

30

aldolové reakce dikarbonylových sloučenin za tvorby 5-ti a 6-ti členných cyklů

intramolekulární reakce jsou rychlejší než intermolekulární

enolát vytvořený z jedné karbonylové skupiny je nukelofilem a karbonylový uhlík

druhé molekuly je elektrofilem

př.

Intramolekulární aldolové kondenzace

Reakce typu aldolizace

reagují dvě molekuly esteru za přítomnosti alkoxidu a tvorby -keto esteru

na rozdíl od aldolové reakce, která je bazicky katalyzovaná, při této reakci

potřebujeme ekvivalent báze

pozor – protože estery mají odstupující skupinu na karbonylovém uhlíku, ztráta

odstupující skupiny vytváří produkt substituce, ne adice

31

Claisenova esterová kondenzace

Reakce typu aldolizace

Claisenova esterová kondenzace

Reakce typu aldolizace

Mechanismus

33

Smíšená Claisenova esterová kondenzace

Reakce typu aldolizace

Selektivně probíhá Claisenova kondenzace, kdy jeden ester nemá a-vodíky

34

Intramolekulární Claisenova kon. – Dieckmannova reakce

Reakce typu aldolizace

β-ketoestery jsou užitečné intermediáty pro alkylace a dekarboxylace

35

Michaelova adice

Reakce typu aldolizace

Mechanismus

36

Michaelova adice

Reakce typu aldolizace

Příklady

37

Storkova reakce - Michaelova adice enaminů

Reakce typu aldolizace

Mechanismus

38

Reakce typu aldolizace

Benzoinová kondenzace

39

Mannichova reakce

Reakce typu aldolizace

40

Tollensovo činidlo – Ag + (zředěný roztok oxidu stříbrného ve vodném

amoniaku

Fehlingovo činidlo – Cu 2+ (modrá skalice / vinan sodno draselný, NaOH)

HNO3

CrO3 ve zředěné AcOH

KMnO4

Oxidace a redukce karbonylových sloučenin

Oxidace aldehydů

41

Oxidace a redukce karbonylových sloučenin

42

Příklady

1. Zapište chemickou rovnicí přípravu:

a) acetofenonu z brombenzenu

b) 2-methylcyklohexanonu z 1-methylcyklohexenu

2. Která z látek bude při nukleofilních adicích reaktivnější: p-

nitrobenzaldehyd nebo p-methoxybenzaldehdy?

3. Zapište chemickou rovnicí:

a) kysele katalyzovaná reakce cyklohexanonu s diethylaminem

b) kysele katalyzovanou reakci pentan-2-onu s propan-1,3-diolem

c) o-ftaldialdehydu s hydroxidem sodným a následným okyselením

HCl

4. Nakreslete produkty reakcí acetofenonu s:

a) NaBH4, poté H3O+

b) methanol, kat. HCl

c) CH3MgBr, poté H3O+

d) NH2OH, kat. HCl

43

Příklady

5. Napište reakci:

a) dvou molekul acetaldehydu za přítomnosti hydroxidu sodného

b) dvou molekul cyklopentanonu za přítomnosti hydroxidu sodného

c) dvou molekul benzaldehydu s HCN/KCN

6. Z vhodné karbonylové sloučeniny a Grignardova činidla připravte:

a) primární alkohol

b) sekundární alkohol

c) terciární alkohol

7. Doplňte reakci:

44

Příklady

8. Jaký produkt byste očekávali, že vznikne aldolovou cyklizací hexandialu?

9. Aldehyd skořicové kyseliny (3-fenylprop-2-enal) lze syntetizovat smíšenou

aldolovou kondenzací. Vyberte výchozí látky pro uskutečnění této reakce a napište

průběh reakce.

10. Jak byste Michaelovou adicí připravili uvedené sloučeniny?

45

Příklady

11. Jaká bude struktura produktu(ů) těchto reakcí:

46

Příklady

12. Jak byste s využitím acetoacetátové syntézy připravili tyto ketony:

13. U které z těchto látek by probíhala haloformová reakce?

14. Doplňte do schématu činidla: