1.0 Nucleophile Addition an das ungesättigte Carbonyl-C- Atom:

Skript zum 5. OC-Kolloquium Seite 1 von 39

1.0 Nucleophile Addition an das ungesättigte Carbonyl-C-Atom:

1.1 Allgemeines

In einer Carbonylgruppe sind wie in der olefinischen C=C_Doppelbindung zwei Atome, hier jedoch ein Kohlennstoffatom und ein Sauerstoffatom, über eine σ- und eine π-Bindung aneinander gebunden. Aufgrund des großen Elektronegativitätsunterschieds zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff ist die Carbonylgruppe jedoch extrem polarisiert, was durch folgende Grenzformeln beschrieben werden kann.

C

R2

R1

O C

R2

R1

O

C O

δ−δ+ (+) (-)

π-Bindung

σ-Bindung

Im Prinzip handelt es sich bei den Reaktionen der Carbonylgruppe um ähnliche Reaktionen wie bei Additionen an C=C-Doppelbindungen. Eine riesige Zahl synthetisch wertvoller Reaktionen von und mit Carbonylverbindungen sowie bei C=C-Doppelbindungen nicht zu beobachtende Folgereaktionen der Additionsprodukte rechtfertigt aber, die Reaktionen der Carbonylgruppe separat zu behandeln. Wegen ihrer Polarität reagiert eine Carbonylgruppe mit Elektrophilen und Nucleophilen an verschiedenen Enden. Dabei kommt dem Angriff eines Nucleophils an das positiv polarisierte Carbonyl-C-Atom die größere Bedeutung zu. Elektrophile dagegen suchen das elektronenreiche Ende, greifen also das Carbonyl-O-Atom an. Wichtig ist, dass sie dadurch einen Angriff eines Nucleophils erleichtern können, denn durch ihren Angriff erhöhen sie die Elektrophilie des Carbonyl-C-Atoms. Dies gilt für Protonen sowie für Lewis-Säuren.

O O+

E

C+

O

E

E(+)

Angriff eines Nucleophils wird erleichtert

O

Nu

O+

H

C+

O

H

O+

BF3

C+

O

BF3

Nu Nu

(-)

(-)

(-) (-)

Die Vielzahl der Reaktionen von Carbonylverbindungen lässt sich in zweifacher Weise unterteilen: nach der Art der Nucleophile und nach der Art der


Carbonalverbindungen. Je nach Nucleophil können C-Hetereoatom- C-C- oder C-H-Bindungen gebildet werden. Die Carbonylverbindungen kann man unterteilen nach der Anzahl der Bindungen zu Hetereoatomen: Aldehyde und Ketone (2-Bindungen), Carbonsäure-Derivate (3 Bindungen) und Kohlensäure-Derivate (4 Bindungen). Gegenüber verschiedenen Nucleophilen verhalten sich Carbonylverbindungen und Carbonsäure-Derivate recht unterschiedlich. Grund hierfür ist die unterschiedliche Elektrophilie der Carbonyl-C-Atome, die durch die beiden Substituenten R1 und R2 stark beeinflusst wird.

CR2 R1

Oδ−

δ+

Elektronenschiebende Gruppen wie +M- und +I-Substituenten erhöhen die Elektronendichte am C-Atom und erniedrigen daher die Reaktivität der Csarbonylgruppe, während elektronenziehende Gruppen –M- und –I-Substituenten die elektronendichte erniedrigen und zu schnelleren Reaktionen führen. Die unreaktivsten Carbonsäure-Derivate sind daher die Carbonsäure selbst, Amide sowie Carbonsäure-Anionen, während Säurehalogenide und –anhydride zu den reaktivsten Carbonsäure-Derivaten gehören.

R

O

Cl R

O

O R'

O

R

O

H R

O

R'

R

O

OR' R

O

OH R

O

NR'2 R

O

O Bezüglich ihrer Reaktivität gegenüber Nucleophilen liegen Aldehyde und Ketone in der Mitte, aber auch hier lässt sich aufgrund der mesomeren und induktiven, aber auch sterischen Effekten eine abgestufte Reaktivität beobachten.

Cl3C

O

H H

O

H Me

O

H

O

HBut- Me

O

MeO

MePh

O

Ph Ph Ketonen und Carbonsäurederivaten


stereochemische Aspekte der Carbonyladdition Eigenschaften der Carbonylgruppe: Acetale Ketale Thioacetale Thioketale


Hydratisierung Paraformaldehyd Methaldehyd


Addition von HCN Durch Addition von Blausäure an Carbonylverbindungen erhält man Cyanhydrine.

R1

C

R2

OR1

C

O

R2 CN

R1

C

OH

R2 CN

+ CN-langsam + H(+)

CyanhydrinR1 = R2 = AlkylR1 = H, R2 = Alkyl, Aryl

Das stark basische Cyanidion lagert sich im ersten Schritt langsam nucleophil an den Carbonylkohlenstoff an. Das primäre Anlagerungsprodukt wird dann in einer Gleichgewichtsreaktion durch Protonen unter Ausbildung des Cyanhydrins abgefangen. Die praktische Durchführung der Cyanhydrinreaktion erfolgt so, dass man zu einem aus Carbonylverbindung und wässrige NaCN-Lösung bestehenden Gemisch langsam wässrige verdünnte Mineralsäure gibt. Zu stark saure Lösungen müssen vermieden werden, da dadurch das Gleichgewicht der Blausäure auf die Seite der undissozierten Säure verschoben wird und somit nur wenig CN--Ionen zur Verfügung stehen. Zu stark basisch ist ebenfalls ungünstig, weil das CN- dann nicht mehr als freies Ion vorliegt. Cyanhydrine von Aldehyden sind stabiler als die von Ketonen und somit auch besser darstellbar. Dafür sind vor allem sterische und elektronische Faktoren verantwortlich. Alternativ besteht auch die Möglichkeit der Herstellung von Cyanhydrinen aus den Hydrogensulfit-Addukten durch Austauschreaktion:

C O C

OH

SO3 C

OH

CN Na2SO3+ HSO3(-)Na(+) (-) Na(+) ++ NaCN

Hierbei wirkt das gebildete NaHSO3 als Säure. Die synthetische Bedeutung der Cyanhydrin-Reaktion liegt darin, dass man durch saures Verseifen zu α-Hydroxycarbonsäuren gelangen kann:

R1

C

OH

R2 CN

R1

C

OH

R2 COOH+ 2 H2O

+ H(+)+ NH4

(+)

Ein Beispiel für die technische Anwendung der Cyanhydrin-Reaktion ist die Herstellung von Methacrylsäure (Plexiglas). Strecker-Synthese Diese von Strecker bereits 1850 gefundene Reaktion ist die amonoanaloge Cyanhydrin-Reaktion; denn die zur C=O-Gruppe isoeletronische Gruppe im Ammonosystem ist die Imin-Gruppe C=NH, die ebenfalls nucleophil von CN- angegriffen werden kann und zu Aminonitrilen führt:

CH3 CH

O CH3 CH

NH CH3 CH

CN

NH2

CH3 CH

COOH

NH2

NH3 HCN 2 H2O/ H(+)

- H2O


Die Aminosäuren liegen am isoelektrischen Punkt in einer Zwitterion-Form vor, der so genannten Betainform:

COOH

CH3

NH2H

COOH

CH3

HNH2

HNH2

CH3

COOH HNH2

CH3

HOOC

"D" "L"

D,L-Nomenklatur (Fischer-Konvention)

R, S- Nomenklatur nachCahn, Ingold, Prelog

"R" "S"

H3N CH

CH3

O

O

+

Diese Zwitter-Ionen sind im Allgemeinen kristalline, hochschmelzende und gut wasserlösliche Verbindungen. Addition von Ammoniak und Aminen (Imine, Schiff’sche Basen, Aminale) Allgemeines: Grundsätzlich reagieren Basen mit Carbonylverbindungen nach folgendem Schema:

HB C O HB C O

B C OH++

konjugierte Base

konjugierte Säure

Protonenübertragung

(im Sinne einer Säure-Base-Reaktion)

C O

R1

NH

R2

NH

R1

R2

C O

R1

N

R2

C OH+ +

Halbaminal


Die Halbaminale sind ebenso wie die Halbacetale sehr unbeständig und nicht isolierbar. Je nachdem, ob es sich um primäre Amine (R1 = H, R2 = Alkyl, Aryl) oder um sekundäre Amine (R1 = R2 = Alkyl, Aryl) handelt, ergeben sich versiedne Möglichkeiten zur Weiterreaktion: Die Addition primärer Amine an Carbonylverbindungen Die gebildeten Halbaminale reagieren nach folgendem Mechanismus weiter:

R1 NH

C OH R1 NH

C OH2 R1 NH

C R1 N

H

C

R1 N C

H(+)+

+

Carbimmoniumion

Schiff'sche Base

- H2O

- H(+)

Das durch Protonierung und Abspaltung von Wasser gebildete Carbimonium-Ion (= Carbeniumimmonium-Ion) spaltet als konjugierte Säure einer N-Base leicht ein Proton ab, und man erhält für R1 = H sogenannte Imine, für R1 = Alkyl, Aryl sogenannte Azomethine, die auch Schiff’sche Basen genannt werden. Die gut kristallisierenden Produkte aus den Kondensationsreaktionen werden zur Reinigung und in der Analytik zur Identifizierung von Carbonylverbindungen verwendet.

primäres Amin Derivat NH2 OH (Hydroxylamin)

C NOH

(Oxim) NH2 NH2 (Hydrazin)

C N NH2

(Hydrazon) NH2 N

HC6H5

(Phenylhydrazin) C N NH

C6H5

(Phenylhydrazon)

NH2 NH

NO2

O2N (2,4-Dinitrophenylhydrazin)

C N NH

NO2

O2N (2,4-Dinitrophenylhydrazon)

NH2 NH

C NH2

O

(Semicarbazid) C N N

HC NH2

O

(Semicarbazon)


Addition sekundärer Amine an Carbonylverbindungen Werden sekundäre Amine an Carbonylverbindungen addiert, so gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Weiterreaktion.

a) Enaminbildung:

R1

N

R2

C OH2

C H

R1

N

R2

C

C H

R1

N

R2

CC H

R1

N

R2

C

C

R1

N

R2

CC

++

+

(-)

(+)

Carbimonium-Ion

Enamin (mesomeriestabilisiert)

- H2O

- H(+)

-H2O

Hier wäre die Abspaltung eines R+ energetisch zu ungünstig; daher stabilisiert sich das Carbeniumion durch Abspaltung eines H+ vom β-C-Atom unter Bildung von Enaminen. Die Enaminbildung findet im allgemeinen nicht mit primären Aminen statt. Ausnahme findet man jedoch, wenn die Enamin-Doppelbindung durch Konjugation weiter stabilisiert werden kann.

CH3 C

O

CH2

C

O

OR

C

C

CH3 NH2

HOOC H

C

C

NH2 CH3

HOOC H

+NH3 +

"E" "Z"β-Aminocrotonsäureester

Zu den meisten genutzten sekundären Aminen für die Enaminbildung gehören Pyrolidin, Morpholin, Piperidin. Beispiel:

O

NH

ON

O

N

O

H

+(-)

(+)


Aufgrund der Elektronenverteilung im Enamin ist eine elektrophile Substitution in α-Stellung leicht möglich. Anschließende Spaltung des Enamin ins Ausgangsketon liefert das auf anderem Weg kaum zugängliche α-substituierte Keton.

b) Vollaminalbildung Ist am β-C-Atom kein abspaltbarer Wasserstoff vorhanden, so ist keine Stabilisierung durch Enaminbildung möglich. In diesem Falle findet eine Vollaminalbildung statt:

N C

C

R1

R2

N C

C

R1

R2

NHR2

R1

N C

C

R1

R2

NH

R1

R2

N C

C

N

R1

R2

R1

R2

(+)(+) (+)

Vollaminal

-H(+)

-H2O

Beispiel:

NH

CH2 O NN CH2

+ +H(+)

Piperidin FormaldehydAminal des Formaldehyds

Ein Vollaminal mit Adamantanstruktur liegt im Urotropin (Hexamethylentetramin) vor:

CH2O NH3N

NN

N

6 4+-6H2O

Enamine (Reaktionen der Enamine) Oxime Mehrere Aminderivate kondensieren mit Aldehyden und Ketonen zu Iminen, die gut kristallisieren und oft scharfe Schmelzpunkte haben. Zum Beispiel kondensieren Hydroxylamin, H2NOH, in Form seines Hydrochlorids zu Oximen.


CH3(CH2)5 CH

OCH3(CH2)5

CH

NOH+ H3(+)NOHCl(-) H(+)

Hydroxylamin-Hydrochlorid Heptanal-Oxim

-H2O

-H2O

-H2O

Hydrazone Hydrazin, H2NNH2, und einige seiner Derivate kondensieren zu Hydrazonen. Erfolgt die Reaktion an beiden Enden des Hydrazinmoleküls, werden Azine gebildet.

CH3 C CH3

O

NH2 NH2C

N

NH2

CH3 CH3

+

Hydrazin Propanon (Aceton)-Hydrazon

C6H5 CH

O

NH2 NH2

C

N

NH

H5C6 H

CH C6H5

+

Mannich-Reaktion Die Umsetzung eines primären oder sekundären Amins mit einem Aldehyd, i.a. Formaldehyd, und einer C,H-aciden Verbindung bezeichnet man als Mannich-Kondensation. Hierbei findet wie allgemein bei Aminen zunächst eine Addition des Amins an die Carbonylverbindung mit nachfolgender Ausbildung des mesomeriestabilisierten Carbimmonium-Ions statt:

R1

NH

R2

O

R3

R4

R1NH

R2

O

R3

R4

R1

N

R2

OH

R3

R4

N

R1

R2

C+

R3

R4N

+R1

R2

R3

R4

+ + Protonenübertragung

R3, R4 meist H

+ H+/ -H2O

Carbimmoniumion Die Carbimmonium-Ionen stellen gleichfalls auch ammonoanaloge Carbonylverbindungen dar, die sich in einer normalen sauer katalysierten


Aldolreaktion mit dem Enol einer C,H-aciden Verbindung zu Mannichbasen umsetzen lassen:

N

R1

R2

C+

R3

R4N

+R1

R2

R3

R4

CH2

OH

R

R1

N

R2

CH2

CH2

C R

OHR1

N

R2

CH2

CH2

C R

OH

R1NH

R2

CH2

CH2

C R

O

R1

N

R2

CH2

CH2

C R

O

Carbimmoniumion

+für R3, R4 = H

(+)

(+)(+)

Umpro-tonierung

Salz der Mannichbase

Mannich-Base = β-Aminoketon

-H+

-H2O

Cannizarro-Reaktion Bei der Cannizzaro-Reaktion handelt es sich um eine Disproportionierung von aromatischen und nicht enolisierbaren aliphatischen Aldehyden unter der Einwirkung von Alkali- oder Erdalkalihydroxiden zu Carbonsäuren und Alkoholen durch Hydrid-Transfer:

R

H

O R

OH

H

O

R

H

O R

OH

O

R

H

H

O

R

O

O

R

H

H

OH

+ OH- +langsam +

+

Die Kinetik dieser Reaktion ist 2. Ordnung. Die Kinetik und vor allem D2O-Untersuchungen machen einen Mechanismus über das Dianion wahrscheinlich.

R

H

O R

OH

H

O

R

O

H

O

+ OH-+ OH-

In diesem Falle wird das Salz der Säure direkt gebildet, und das Proton kommt vom Solvens. Benzoin-Addition


H O

Ar

OH

CAr

CN

OH

ArH

O

Ar

+ CN(-)

Umpolung

Aldol-Addition und Aldol-Kondensation Carbanionen von Carbonylverbindungen addieren sich ebenfalls an die Carbonylgruppe. Bei der Aldoladdition kann man sowohl mit Basen als auch mit Säuren die Reaktion katalysiert. Basenkatalyse:

CH3 C

R

O CH2 C

R

O CH2 C

R

O

BH

CH3

R

OCH3 C

R

CH2

C

R

O

O

BHCH3 C C

H2

C O

R

OH

B+(-)(-)

+(+)

Base = Carbanion konjugierteSäure der BaseCH-Acide Verbindung

(Methylenkomponente)

(+)+

Carbonyl-komponente

Aldol (=Aldehydalkohol)β-Hydroxyketon

B-

-H(+)

Im ersten geschwindigkeitsbestimmenden Schritt löst die Base ein Proton von der CH-aciden Methylenkomponente unter Ausbildung eines mesomeriestabilisierten Carbanions, das dann an die Carbonylkomponente addiert wird. Dieses intermediär gebildete Ion wird dann durch Protonierung durch die konjugierte Base der Säure stabilisiert. Säurekatalyse:

CH3 C

R

O CH3 C

R

OH CH3 C

R

OH CH2 C

R

OH+ H(+)

(+)

(+)

Im Anschluss daran führt dann die Addition des Enols an das Carbenium-Ion (= protonierte Carbonylverbindung) zu Aldolen:


CH3 C

R

OH

CH2 C

R

OH CH3 C

R

OH

CH2

C OH

R

CH3 C

R

OH

CH2

C O

R

(+) +Aldol-addition

Retro-Al-doladdition

Aldol

(+)

- H(+)

- H2O

- H(+)

-H2O

Im sauren Milieu sind die rch Addition gebildeten Aldole nicht stabil, sondern durch Protonierung der Hydroxylgruppe und Wasserabspaltung findet eine Aldol-Kondensation statt:

CH3 C

R

OH

CH2

C O

R

CH3 C

R

OH2

CH2

C O

R

CH3 C

R

CH2

C O

R

CH3 C

R

CH

C O

R

+ H(+)

(+)

(+)

Ist R = H (Acetaldehyd als Carbonylverbindung), dann wird Crotonaldehyd gebildet, und zwar das thermodynamisch stabilere trans-Isomere. Gemischte Aldolkondensation und gezielte Aldolkondensation nach G. Wittig Setzt man zwei verschiedene Carbonylverbindungen bei der Aldolkondensation ein, so hängt die Tatsache, welche der Carbonylverbindungen die Methylenkomponente und welche die Carbonylkomponente darstellt, im wesentlichen von der Carbonylaktivität der jeweiligen Verbindung ab. Da die Unterschiede häufig jedoch nur ggraduell sind, ist ein eindeutiger Reaktionsablauf im allgemeinen nicht gegeben. Problemlos verläuft die gemischte Aldolkondensation nur dann, wenn eine Carbonylverbindung keinen α-ständigen Wasserstoff besitzt, z.B. beim Benzaldehyd:

C6H5 CH

O

CH3 C C6H5

O

C6H5 CH

OH

CH2

C

O

C6H5

C6H5CH CH

C C6H5

O

+

Als CH-acide Verbindung ist auch Nitromethan geeignet, das hier nur als Methylenkomponente fungieren kann:


CH3 N

O

OB CH2 N

O

O

CH2 N

O

O

+-

- BH(+)

So reagiert Nitromethan durch successiven Ersatz aller Wasserstoffatome mit Formaldehyd zu Trihydroxymethylnitromethan. Auch Cyclopentadien bzw. Alkine können als Methylenkomponente verwendet werden. Verbidnungen, die auf dem Wege einer gemischtten Aldolkondensation nicht zu erhalten sind, wie z.B. β,β-Dimethylacrolein aus Aceton und Acetaldehyd, lassen sich auf folgende Weise durch eine gezielte Aldolkondensation nach G. Wittig herstellen:

CH2OH

CCH2OH NO2

CH2OH Trihydroxymethylnitromethan

Dabei wird die Komponente mit höher Carbonylaktivität durch Überführung in die Schiff’sche Base zur Methylenkomponente. Die Schiff’sche Base wird durch Lithiumdiisopropylamid in das Carbanion überführt, das sich dann an eine weitere Carbonylkomponente addieren kann. Tollens-Kondensation Einen Mehrfach-Ersatz aciden Wasserstoffs in der Aldolreaktion findet man in der sogenannten Tollens-Reaktion, bei der Tollens-Reaktion handelt es sich um eine gemischte Aldolkondensation mit nachfolgender gekreutzter Cannizarro-Reaktion. Bruttoreaktion:

CH2 O CH3 CH

O C

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH HCO2Na+4NaOH +

Pentaerythrit Primär reagieren alle drei aciden H-Atom der Methylgruppe des Acetaldehyds in einer normalen Aldoladdition. Dieses primäre Reaktionsprodukt ist unter den Reaktionsbedingungen(starke Basen) nicht stabil, sondern es reagiert mit einem weiteren Molekül Formaldehyd unter Disprotortionierung in der sogenannten gekreutzen Cannizzaro-Reaktion.


C O

H

HC O

H

H

OH

CCH2OH

CH2OH

CH2OH

CH

O

CCH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2

O H C

OH

O R C

O

O

+ OH(-)

+

+ Protonentransfer Pentaerythrit +

Formiat Die CH2OH-Gruppen werden von OH- wegen der Neopentylstellung nicht angegriffen. Schließlich erfolgt Protonentransfer unter Ausbildung der Salze der Ameisensäure (Formiate), da die Ameisensäuure die stärkere Säure ist. Aldolkondensation mit anderen CH-aciden Verbindungen (aliphatische Nitroverbindungen) Knoevenagel-Reaktion Bei dieser Reaktion handelt es sich um einen Spezialfall der Aldolkondensation, wobei Methylenkomponenten mit besonders hoher CH-Acidität verwendet werden.

C O

R1

R2

CH2

Z1

Z2

C C

R1

R2

Z1

Z2

+ Base

- H2O

-OH(-)

Das entstehende Reaktionswasser wird azeotrop entfernt. Im allgemeinen reagieren Aldehyde besser als Ketone. Durch Variation der Reste Z lassen sich eine Vielzahl von Verbindungen einsetzen, z.B. Malonester, Cyanessigester, Acetessigester, Nitromethan, Dipenylmethan, Malodinitril und S-haltige Verbindungen. Als Basen werden verwendet: Piperidin, NEt3, KOH, NaOH (wässrig oder alkoholisc), KNH2, RO-, CH3CO2

- und NH3. Michael-Addition

C C

OC C

C

O

C C C C C

O O

C C C C C

O O

H

+ H2O

Reaktionen OH-, NH- und CH-acider Verbindungen mit a,b ungesättigten Aldehyden, Ketonen, Estern und anderen aktivierter C-C-Doppelbindungen Cyanethylierung


Olefinierungsreaktionen (Wittig- und Horner-Emmons-Reaktion) Kondensation von Phosphoniu-Yliden mit Crbonyverbindungen: Wittig-Reaktion Ein Ylid ist eine Verbindung, für den sich eine Grenzstruktur formulieren lässt, bei welcher zwei benachbarte Atome mit vollem Oktett entgegengesetzte Ladungen aufweisen.

PMe

Me CH2Me

PMe

Me CH2Me

PPh

Ph CH2Ph

PPh

Ph CH2Ph

Stammsubstanz der Phosphonium-

Ylide

Wichtiges Phoshonium-Ylid

Betain-Struktur

yl = Kovalenzbindung, id = Ionenbindung en = Doppelbindung

NucleophilesZentrum

Ph3P R

Ph3PRH2C X n-BuLi

-LiX- BuH

X

Ph3P R

RCH2PPh3

Ylide sind relativ stabil, falls man das Oktenn aufweiten und die entsprechende Ylen-Form schreiben kann (also ab 3. Periode: P-Ylide, S-Ylide, aber nicht N-Ylide)

Darstellung von Phosphonium-Yliden:


O

R1 H

PPh3

H R2

O PPh3kcis

kDrift

ktrans

R1 R2

O PPh3

R1 R2

Li Hal

PPh3O

R1 HR2H

HalLi

O=PPh3Oxaphosphetane

R1 R2

R1

R2

elektive Wittig-Reaktionen: rbindung des stereochemischen Drift bei Wittig-Reaktionen labiler Ylide durcendung sogenannter „salzfreier-Bedingungen“ (Basen: NaNH2, KOtert-Bu, DS).

htig: salzfrei-Wittig-Reaktionen labiler Ylide stellen eine stereoselektive Synthese cis-Olefinen dar.

NaNH2 OR

Li Hal

PPh3O

R1 R2HH

HalLi

ei einer Wittig-Reaktion werden Ylide eingesetzt:

B

is-s

cUnte h

nwHMic

on

AKWv

RAr3P CH2 MeTH

BrF

Ar3P CH2 MeMe

% cis Olefin für ... ... R = Pent

Ar = Ph

Ar = o-Tolyl

96

98

Pr Ph Pr

90

97

92

96

84

95


P-Ylide reagieren mit C=O-Doppelbindungen umso rascher, je elektrophiler sie sind: Aldehyde lassen sich sogar in Gegenwart von Ketonen olefenieren (Chemoselektivität).

Ph3P CH2

Hex

Br

KOtertBu

THFPh3P C

HHex

O

OctO O

Oct

Hex

Verwendet man labile P-Ylide unter nicht-salzfrei Bedingungen, so erhält man ein cis/trans-Produktgemisch. Ein Beispiel dafür ist die Heterolyse von Oxaphophetanen:

(dargestellt aus

Ph3PHCH3 BrnBuLi)

OPh3P CH2

RORPh3P CMe2

nBuLi)

(dargestellt aus

Ph3PHCHMe2 I

Eine trans-selektive Form der Wittig-Reaktion stellt die Schlosser-Variante.

O

R1 H

PPh3

H R2ktrans

kcis

kDrift

O PPh3

R1 R2

O PPh3

R1 R2

PPh3O

1 2

HalLiPPh3O HalLi PPh3O

1

HalLi

Li Hal Li Hal

A B C

Lithiobetain LithiobetainOxidoylid

HCl oder t-BuOH

KOtert-Bu (- LiOtert-Bu)

PPh3O

R1 R2

O PPh3

R1 R2D E

R1

R2O=PPh3

PhLi PhLi

R RHH

R1 HR2H

RR2H


Wittig-Horner-Olefenierung Die Wittig-Horner-Reaktion ist eine C,C-verknüpfende Olefinsynthese aus einem Alkyldiphenylphosphanoxid R1-CH2-P(=O)Ph2 und einem Aldehyd R2-CHO. Man kann die Reaktion einstufig oder zweistufig führen. Der Vorteil der zweistufigen Reaktionsführung ist das der Protonierungsschritt involviert ist und die phospholierten Alkohole leicht trennbar sind. Bei der einstufigen Form erhält man ein 1:1-Gemisch der diastereomeren Alkoholaten. Die entstandenen Olefine können meist nur schwer getrennt werden.

PPh2

O

HR1

PPh2

O

LiR1

PPh2

O

R1

PPh2

O

R1

nBuLi

-BuHLi

R2

OLi

PPh2

O

R1R2

OLi

O

R2

Zugabe von

HClPPh2

O

R1R2

OH

PPh2

O

R1R2

OH

R1R2

OK

R1R2

OK

50 : 50bis

10:90

A B

syn-C anti-C

Ph2PO

R1

R2

OK

Ph2PO

R1

R2

OK

trans-G cis-G

Ph2PO

OK syn-F anti-F

syn-D anti-D

PPh2

O

PPh2

O

K Otert-BuLi Otert-Bu

R2R1R1 R2

trans-E cis-E

K Otert-Buvia trans-G

K Otert-Buvia cis-G


Wittig-Wadsworth-Emmons-Reaktion (HWE-Reaktion) Die HWE-Reaktion stellt eine C=C-Doppelbindung bildende Kondensation zwischen dem Li-, Na- oder K-Salz eines β-Keto- oder β(Alkoxycarbonyl)phosphonsäuredialkylesters und einem Aldehyd dar. Die Vorteile dieser Reaktion ist die Bildung eines wasserlöslichen Phosphorsäuredialkylester-Anions, und die hohe trans-Selektivität. Mechanismus:

(EtO)2PO

CH2

OO R2

in situ: n-BuLioder NaHoder KOtertBu

(EtO)2PO

CHO

O R2 (EtO)2PO

CH

OO R2 (EtO)2HP

OCH

OO R2

M M M

?

O

R1

O P(OEt)2

O

R1 OO

R2

M O P(OEt)2

O

R1 OO

R2R1 O

OR2 P(OEt)2O

O

O P(OEt)2

O

R1 OO

R2

M O P(OEt)2

O

R1 OO

R2

A B C

D E

(racemisch) (racemisch)

(racemisch) (racemisch)

Leuckart-Wallach-Reaktion


Eigenschaften von Carbonsäureestern, Amiden, Nitrilen und Anhydriden Ester Ester besitzen die allgemeine Formel RC=O-OR’. Sie sind die wichtigsten Carbonsäure-Derivate. Sie entstehen durch die Reaktion von Carbonsäuren mit Alkoholen. Gibt man eine Carbonsäure sowie in einen Alkohol in einem Reaktionsgefäß zusammen, so wird man keine Reaktion feststellen können. Erst nach der Zugabe von katalytischen Mengen einer starken Säure wie Schwefelsäure findet eine Reaktion unter Wasserabspaltung statt. Eine derartige Reaktion wird als Vereseterung bezeicchnet. Veresterung Bei einer Veresterung handelt es sich um eine Gleichgewichtsreaktion deren Lage durch die Konzentration der Edukte sowie der Produkte bestimmt werden kann. Eine Veresterung verläuft über eine säurekatalysierte Additions-Eliminierungsreaktion. Mechanismus Schritt 1: Protonierung der Carboxylgruppe

R O H

O

R O H

O+

H

RC

+

O H

O

H

R O+

H

O

H

Dihydroxycarbeniumion

+ H(+)

-H(+)

Schritt 2: Angriff durch den Alkohol

R O H

O+

H

CH3 OHR O H

O

H

O+

CH3 H

R O H

O

H

OCH3

+ H(+)

-H(+)

chritt 3: Wasserabspaltung S

R O H

O

H

R O+

H

O

H

OCH

H

R

O+

H

R C+

O

H

O

-H2O

+H2O

+ H(+)

-H(+)

(+)

OCH3 3 OCH3 OCH3

-H

R O CH3+ H(+)


Lactone Eine Veresterung kann auch intramolekular verlaufen, falls ein Molekül sowohl eine Alkoholfunktion sowie eine Carboxylgruppe trägt. Man erhält einen cyclischen Ester,

elcher als Lacton bezeichnet wird: w Beispiel:

O

2CH2CH2CH2COOHOH2SO4, H2O + H2O

HOCH

Neben der Säurekatalysierten Veresterung können Carbonsäuren auch über andere Reaktionen in Ester überführt werden. Zwei besonders wichtige Wege sind die nucleophile Substitution von Halogenalkanen mit Carboxylat-Ionen und die Bildung von Methylestern durch Reaktion von Carbonsäuren mit Diazomethan, CH2N2. Verseifung Die Umkehrung der Veresterung wird als Esterhydrolyse bezeichnet. Diese verläuft nachdem gleichen Mechanismus wie die Esterbildung. Dies ist möglich, da alle

Reaktionsschritte reversibel sind:

CH3 COH

O

CH3

O

COCH3+ CH3OHH2SO4, ∆ + H2O

Eine irreversible Methode Ester zu spalten ist die Verseifung hierbei wird der Ester mit einer starken Base versetzt und man erhält den entsprechenden Alkohol sowie das Carboxylat der Carbonsäure.


Amide Eine weitere wichtige Gruppe von Carbbonsäurederivate sind die Amide, welche die allgemeine Formel RC=ONR2’ aufweisen. Da Stickstoff nicht so elektronegativ wie Sauerstoff ist, sind Amine nucleophiler und basischer als Alkohole, und sie können auf beide Arten mit Carbonsäuren reagieren. Gibt man eine Säure und ein Amin zusammen, bildet sich sofort das Ammoniumsalz.

R CO H

O

R C O

O

NH4+ NH3

(+)

Die Salzbildung ist beim Erhitzen reversibel, dabei läuft ein langsamer, aber thermodynamisch günstiger Prozess, bei dem das Stickstoffatom das Carbonyl-Kohlenstoffatom angreift, ab. Eine Additions-Eliminierungs-Reaktion führt zu einem Amid, in dem NR2 die OH-Gruppe ersetzt hat.

R OH

O

R

NH3

OH

O

R

NH2

OH2

O

R NH2

O

+ NH3

+Protonen-übertragung

++ H2O

ch die Reaktion von Carbonsäuren mit Aminen ewinnen. Die Amidbildung ist reversibel. Beim Behandeln von Amiden mit heißer,

basischer oder saurer wässriger Lösung gewinnt man die Carbonsäure und Amine wieder zurück.

Man bezeichnet diese Reaktion als Ammonolyse. Man kann aber Amide auch durg

CH3CH2CH2COOH (CH3)2NH CH3CH2CH2 CN(CH3)2

O

+155C + H2O

N,N-Dimethylbutanamid Die entstehende Bindung wird als Peptidbindung bezeichnet. Setzt man beispielsweise Aminosäuren ein so kann man Polypeptide synthetisieren. Aminosäuren enthalten sowohl eine Aminfunktion als auch eine Carboxylgruppe, somit gibt es pro Molekül zwei „aktive“ Gruppen und es kann zu einer Polykondensation kommen.

actameL etzt man hingegen größere Moleküle mit beiden funktionellen Gruppen ein, so ilden sich intramolekular, cyclische Amide und man erhält die so genannten

.

SbLactame

NH

H

CH2

CH2

CH2

COO H2NCH2CH2CH2COOHNH(-)(+) ∆

+ H2O

O


Verseifung Man kann amide analog zu Estern in Gegenwart von starken Basen verseifen. Die Reaktion verläuft prinzipiell über den gleichen Mechanismus.

or. Außerdem lassen sich Nitrile leicht in andere Derivate der Carbonsäuren überführen. Die elektronenziehende Kraft des Stickstoffs der Nitrilgruppe lässt sich über eine dipolare Resonanzformel darstellen:

Nitrile Eine besondere Klasse von Carbonsäure-Derivaten stellen die Nitrile mit der allgemeinen Formel RC≡N, dar. Der Kohlenstoff liegt bei Nitrilen in der gleichen Oxidationsstufe wie in einer Carboxylgruppe v

R C N R C+

N

Nitrilsystem jedoch weitaus weniger leicht protoniert. Basizität des freien Elektronenpaars am Stickstoff

Das freie Elektronenpaar am Stickstoffatom macht die Nitrilfunktion leicht basisch, das Stickstoffatom kann also ebenso wie das Carbonylsauerstoffatom der Carbonsäure ein Proton addieren. Im VVergleich zu einem Imin oder Amin wird das sp-hybridisierte

N

R R R

sp3 sp2 sp

R

C N

RR

R C N

Herstellung siehe Cyanhydrin Bildung Verseifung Nitrile lassen sich säure- oder basenkatalysiert zu Carbonsäuren hydrolisieren. Mechanismus der säurekatalysierten Hydrolyse von Nitrilen

NH

R C N R C N+

H R C+

N H R

COH2

R

C

OH

NH

R

C

OH

NH2

R

COH

NH2

R

C

O

NH2

RCOOH

+H(+)

-H(+)

+H2O

-H2O

+H(+) +H2O

+

+H(+)

-H(+)

+

+H(+)

-H(+)

+

+H(+)

-H(+)+ NH4

+


Mechanismus der basenkatalysierten Hydrolyse von Nitrilen

N N

H

+H2O+ OH(-)

R C N C C

C

N

C

N

C

NH2

RCOOH

-H2O

+H(+)+H2O

+ OH(-)

+ OH(-)

+ NH4+

R OH R O HH H

R O R O

R O

Anhydride Carbonsäureanhydride gehören zu den reaktivsten Carbonsäurederivaten. Herstellung Carbonsäureanhydride können durch die Reaktion von Alkanoylhalogeniden mit einem Carboxylatsalz gebildet werden.

CH3CH2CH2COONa CH3 CCl

O

CH3 CH2

CH2

CO CCH3

O O

+ + NaCl

"gemischtes" Anhydrid m Namen schon ersichtlich ist leiten sich die Anhydride von der

tung eines Wassermoleküls ab. Daher ist ebenso eine arstellung durch thermische Dehydratisierung möglich. Geht man dabei von einer icarbonsäure aus, so erhält man ein cyclische Anhydrid.

Wie aus deCarbonsäure unter AbspalDD

CH2CH2 O573K

+ H OCH2

COOH

COOHCH2

C

C

O

O

2

Butandisäure Dutandisäureanhydrid Desweiteren kann man die Anhydride durch e Reaktion eines Ketens mit der entsprechenden bonsäure darstellen: Darstellung des Ketens:

diCar

R CH2

CCl

O

RCH C O

R CH

CBr

Br

RCH C O

N(CH2CH3)3 + HN(+)(CH2CH3)3Cl(-)

Zn + ZnBr2

O


Darstellung des Anhydrids

RCH C O CH3 COH

O

CH3 CO

O

CCH3

O

+Keten Essigsäure Essigsäureanhydrid

Alkoholyse Versetzt man ein Carbonsäureanhydrid mit einem Alkohol, so tritt ein Additions-Eliminierungs-Mechanismus ein und man erhält die entsprechenden Carbonsäureester:

O

O

O

OH CCH2

O

CH

COCH3

O

3CH OH, 372K

2

Ammonolyse Durch das versetzen eines Anhydrids mit Ammoniak erhält man ein Ammoniumsalz sowie eine Aminogruppe.

O

O

3 CH3

O

CH3

CH

O CCH2

O

CCH2

CH3

CNH2

O2 NH3 NH4

+

Herstellung von Carbonsäurederivaten

albester

H


Carbaminsäure

Harnstoff

Urethane

Phosgen

Isocyanate


Claisen-Dieckmann-Kondensation (mit Oxalsäure- und Ameisensäureester) ei dieser Synthese werden als Carbonylkomponente Carbonsäureester und als ethylenkomponente ebenfalls Carbonsäureester oder Ketone oder Nitrile ingesetzt.

ie Claisen’sche Esterkondensation und die Diekmannkondensation unterscheiden ich wie folgt:

BMe Ds

C

O

C

R

C

O

OR' C C C R

OO

R O(-) +intermolekular

Carbanion Ester b-Dicarbonylverbindung Alkoholat

+

Diekmann-Kondensation

C C OR'

O

C C O(-)intramolekular

+ RO(-)

llgemeiner Mechanismus: ie Esterkondensationen beginnen mit der Bildung von Carbanionen: Wegen der nolatbildung sind stöchiometrische Mengen Base notwendig:

ADE

H C C

O

R O C C

O

R OH+ +(-)

er Nachweis für das intermediär Auftreten von Carbanionen gelingt einmal durch arkierungversuche mit C2H5-OD als Base,

DM

C C

OROD D C C

O

(-)+ + RO(-)

eiterhin durch Racemisierung in der α-Position zur Estergruppe von chialen Estern: w

HR1

R2 COORR O CR1

R2

C

O

OR R1H

COOR R2+ (-) +ROH

as durch die Base aus der CH-aciden Komponente gebildete Carbanion greift dann

Deine Carbonylverbindung an:


R1

C

H R1O

(-)C COOR CH R3

R1 OR

CH

R2

R3

O

R1 CH

R3

O

OR R2

O

R1 C R3

O

R2

O

OR3

R2

R1

O

M

+ RO(-) + ROH

+(-)

+ RO(-)

+ RO(-)

-ROH

COORR2 R2 R2

O

H-RO(-)

Von größerer Bedeutung ist die Tatsache, dass es sich bei allen Schritten dieser

eaktion um Gleichgewichte handelt, der letzte Schritt der Enolatbildung jedoch die tung der Produkte verschiebt. Durch die Enolatbildung

Sie steigt in der Reihe i < Na < K << Cs.

Dies zeigt, dass das Metallatom als Koordinationszentrum wirkt und mit steigendem Atomradius immer besser in der Lage ist, die Reaktionspartner in eine für die Reaktion günstige Lage zu bringen.

ie präparative Bedeutung dieser Reaktion liegt in ihrer großen Anwendungsbreite:

RReaktion irreversibel in Richwird wieder freiwerdendes Alkoholat verbraucht, das ist auch der Grund dafür, dass stöchiometrisches Mengen Alkoholat benötigt werden. Durch die verwendeten M+-onen wird die Reaktion unterschiedlich schnell bbeschleunigt. IL

D

mit dem Rest R1 der Carbonylkomponente

werden eingeführt

R1 = H (Ameisensäure) = Alkyl (Carbonsäureester) = OR (Kohlensäureester)

Formylgruppen Acylgruppen Acyloxygruppen

mit dem Rest R2 der Methylenkomponente

werden eingeführt

R2 = Alkyl, Aryl Substituenten in α-Stellung

durch Variation des Restes R3 der Methylengruppe

erhält man folgende Produkte

R3 = Alkyl, Aryl (Ketone) R3 = OR (Carbonsäureester) -CO-R = CN (Carbonsäurenitrile

β-Diketone β-Ketoester β-Ketonitrile


Diekmann-Reaktion

R1 R2 Cyclische β-Dicarbonylverbindung

α,ϖ -Dicarbonsäureester Bei Variation der Reste R und verschiedenen Kombinationen ist somit eine große Zahl von Verbindungen zugänglich. Wie bei der gemischten Aldolreaktion ist es jedoch auch bei der gemischten Esterkondensation wichtig, dass einer der Reaktionspartner eindeutig als Carbonylkomponente reagiert. Andernfalls erhält man Produktgemische. Beispiele:

I. Carbonylkomponente und Methylenkomponente identisch Darstellung von Acetessigester

C3 CO2R R O CH2 CO2R ROH

CH3 C CH

C OR

CH

O

+ +(-)

Säure-Base-Gleichgewicht

+ ROH

AcetessigestersEnolat-FoAcetessigesters

H

RO C

CH3

O

CH2 CO2R RO C

CH3

O

CH2

C

O

OR

+(-)

Additionsphase-Gleichgewicht

R O OOR O

3

+-

2

OROb-Diketo-Form des

rm des

eaktion ga es Reaktionproduktes ( des ndung) gezog

Bei Raum etessigester in einem Gleichhgewicht von 92,5 % β-

7,5% Enolform vor:

Durch Enolat-Bildung wird die R nz zur Seite dEnolats der β-Dicarbonylverbi en

temperatur liegt der AcDiketo-Form und

CH3

OC

O

OROH CH3

CH2

C

O

OR

Enol-Form (7%) β-Diketo-Form er Nachweis von enolisierbaren β-Dicarbonylverbindungen gelingt mit wässrig-thanolischer FeCl3-Lösung durch Bildung von tief-violett gefärbten Chelat-omplexen unter der Voraussetzung, dass der Enolgehalt mindestens 1-2% beträgt:

DeK


O O OFe3+

O OH

OFe

β-Diketon cis-Enol"H-Brücke"

Metall-Chelat

II. Carbonylkomponente und Methylkomponente verschieden

von Acetylaceton: Die urch ter in Ether mit ulverisiertem Natrium in Gegenwart von katalytischen Mengen C H OH behandelt:

Darstellung

D führung erfolgt so, dass man 0,5 mol Keton mit 1 mol Esp 2 5

RO C

CH3

CH2 C CH3 RO C

CH3

O

CH2

C CH3

O

CH3 C CH2

C CH3

OO

CH3

O

CH3 O

+

-RO(-)

+ROH

+RO(-)

-ROH

Keto-Form (15%)

Enolat-Form (85%)

O O

Hierbei handelt es sich um eine gemischte Aldolkondensation, in der beide Komponenten sowohl die Methylen- als auch die Carbonylkomponente darstellen können. Aufgrund der unterschiedlichen Carbonylaktivität und der Reaktionsdurchführung (Ester-Überschuss) lässt sich die Reaktion im oben dargestellten Sinne lenken.

III. Ethylcarbonat als Carbonylkomponente Ester als Methylenkomponente

C

O

C OR

O O O

+(-)

EtO OEt

CH

R

C

OEt

CH

R

C OREtO

OEt C

O

CH

R

C OR

O

OEt C

O

C

R

C OR

O

CO2RO

-EtO(-) +RO(-) (-)

C CREtO kaum Enol


Man erhält substituierte Malonester. In einer Variante arbeitet man mit Ketonen als Methylenkomponente und erhält β-Ketoester:

OEt C

O

CH

C R

O

R Dies erfolgt vor allem dann, wenn der Ester zu stark zur Selbstkondensation neigt.

IV. Oxalester als Carbonylkomponente Ester als Methylenkomponente

RO

O OH

OR

OO O O(-)

C COR

C C

R

RO C C OR CH C OR

R

RO C C

O O

CH

C OR

O

R

RO C

O

CH

C OR

O

R

+

-CO

∆Fe-Pulver u.B(OH)3

substituierter Malonester

V. Ameisensäure als Carbonylkomponente Ester als Methylenkomponente

H C OR CH C OR

R

H C CH

C OR

ROR

O

+(-)

O O O O

H

R

O

sigester

-RO(-)

H C C C ORFormyles

ion

Cyclische intramolekulare Esterkondensation

VI. Diekmann-Kondensat

OR

O

COOR

OR

O

COOR

O

COOR

O

COOR

+RO(-) -RO(-)

+RO(-)Me(+)

Me(+)

Me = Metall

+ ROH


Der mittlere Ringbereich wird durch diese Reaktion jedoch nicht abgedeckt. Die

Eigenschaften und Reaktionen der entsprechenden β-Ketoester und β-Diketone (Acetessigestersynthese, Ketospaltung, Säurespaltung, Chelat-Komplex)

I. Alkylierung von β-Dicarbonylverbindungen Beim Ac β-Dicarbonylverbindungen Keto-Enol-

automerie auf:

transannularen Wechselwirkungen sind thermodynamisch ungünstige Faktoren zur Einstellung einer Gleichgewichtsreaktion.

etessigester tritt wie bei allen T

O

OR

COOR

OR

O

COOR

O

O

COOR

+ RO(-) -RO(-)

+RO(-)Me(+)

Me(+) + ROH

COOR

Au nd Carboxyl-Funktion α-ständigen H-

tome acid und lassen sich durch Basen leicht als Protonen abspalten. Dabei bilisierte, ambidente Anion des Acetessigesters:

fgru dieser Keto-Enol-Tautomerie sind die zur Aentsteht dann das mesomeriesta

CH3

O

O

H

H

CH3

O

ORO

HCH3

O

ORO

H

-H(+)(-)

RO

O

Beide Zentren können nucleophile Substitutionsreaktionen eingehen; es handelt sich also wieder um ein ambidentes Ion. Für dieses Ion gelten nun auch die bereits besprochenen Voraussetzungen:

CH3

O

ORO

HCH3

O

ORO

H

CH3

OCH2OCH3

RO

H

CH3

OH

ORO

CH3

CH3

O

ORO

CH3

H

(-)

SN1

+CH3OCH2Cl

SN2

+CH3I


Ein weiters Beispiel für derartige Reaktionen stellt das Cyclohexadion-1,3 dar:

O O

O OH

O

O

O

O

ewicht geringeres Gewicht

C+Base-HB(+)

trans-fixiertes Enol hohes G form, bei der die negative Ladung am Sauerstoff sitzt, entspricht

dabei dem elektronegativsten Ende (SN1), diejenige, bei der die negative Ladung am Kohlenstoff sitzt, entspricht dem polarisierbaren Ende (SN2). Bei nucleophilen Substitutionen unter verschiedenen Bedingungen erhä n folgende Reaktionen:

Nach der Abspaltung eines Protons erhält man ein mesomeristabilisiertes Anion. Die mesomere Grenz

lt ma

O

O

C

O

O

OMe

O

O

O

H

CH3

OH

O

CH3

SN1 SN2+ (CH3O)SO2in NaOH/ H2O

+ CH3Iin CH3OH

nente einsetzen, die auch der Ester enthält, da sonst durch Umesterung Estergemische gebildet werden.

II. Esterspaltung (Retro-Claisen-Reaktion) Die Esterspaltung gelingt mit überschüssigem wasserfreiem Alkoholat. Man muss jedoch die gleiche Alkoholkompo

R C CH2

O

CO2R R C CH2

O

CO2R

OR

CH3

O

OR

CH2 CO2R

RO(-)

+(-)

H2O/ H(+)

Ester


III. Säurespaltung von β-Ketoestern mit konz. Alkali

R C CH

O

OR

O R

R C CH

C

O

O

O

OH R

O

OH(-)

OH(-)-Überschuss

(-) + H O(-)

R C

O

CH CO2

R

CH2

R

CO2+ 2

-OH(-)

Diese Reaktion hat jedoch präparativ nur geringe Bedeutung, da substituierte Essigester auf dem Wege einer Malonestersynthese leichter zugänglich sind.

IV. Ketospaltung von β-Ketoestern mit verd. Alkali oder verd. Säure

R C CH

O

OR

O

R

R C CH

C

O

O

O

R

R C CH

O

R

R C CH

O

R

R C CH2

R

O

OH(-) -CO2

H2O(-)

Reaktionen von Carbonyl- und Carboxylverbindungen mit Grignard-Reagenzien Bei Grignard-Verbindungen handelt es sich um metallorganische Verbindungen mit Magnesium.

R-Hal + Mg → R-Mg-Hal Gri istens Ether) stabilisiertgnard-Verbindungen werden von Lösungsmittel (me .

Mg

R

OO

R'R'

RR'R'

Die Struktur von Grignard-Verbindungen ist noch nicht in allen Einzeheiten geklärt. Sie hängt von der Konzentration und vom Lösungsmittel ab, wobei das sogenannte Schlenk-Gleichgewicht eine Rolle spielt. Die Addition von Grignard-Reagenzien an Carbonalverbindungen besitzt große präparativer Bedeutung zur Darstellung von Alkoholen (Carbinolen): Formaldehyd → primäre Alkohole Aldehyde → sekundäre Alkohole Ketone → tertiäre Alkohole CO2 → Carbonsäuren


a) Reaktionen mit Aldehyden und Ketonen Mechanismus:

C O

R

R

C

O

R

R

R'Mg X

R'

Mg

C

R

R

R'

OH

2 R'MgX H2O

X An der Reaktion sind im allgemeinen 2 Mol Reagens pro mol Carbony erbindung

b) Reaktion mit Carbonsäurederivaten Ca yden und Ketonen:

lvbeteiligt, wobei ein sechsgleidriger cyclischer Übergangszustand gebildet wird.

rbonsäurederivate (z.B. Ester) reagieren zunächst analog zu den Aldeh

R C

O

OR2

C

O

R2O

R

R1" Mg X

R1"

Mg

X

C

R1

OMgXR

RO2 R1MgX

C

R1

RO R C R1

O

R2 OMgX+OMgXR

Man erhält primär Salze von Halbacetalen, die jedoch instabil sind und in Ketone

Herstellung von primären, sek holen und von Carbonsäure

mit Organozinkverbindungen (Reformatzky-Reaktion) Die Reformatsky-Reaktion ist eine Grignard-analoge Reaktion von α-Chlor- oder Bromessig- bzw. Propionsäureestern mit Aldehyden oder Ketonen unter Bildung von β-Hydroxycarbonsäuren, aus denen man durch H2O-Abspaltung α,β-ungesättigte Ester erhalten kann.

zerfallen. Die Ketone reagieren dann wie oben beschrieben zu tertiären Alkoholen weiter.

undären und tertiären Alko Reaktionen von Carbonyl- und Carboxylierungverbindungen

CH3

C O CH2 CO2R C C CO2R

CH3 OH+

1. Zn/ Ether2. H(+)/H2O

CH3 ClH2CH3

C C -DimethylacrylsäureesterHCH3+H(+)/ -H2O β,β

CO2RCH3 erbindung. Es bildet sich intermediär eine zinkorganische V


2.0 stanzen

Vorproben

Identifizierung organischer Sub


Prüfung auf funktionelle Gruppen


Darstellung geeigneter Derrivate (Reagenzien, Reaktionsgleichungen)

1.0 Nucleophile Addition an das ungesättigte Carbonyl-C- Atom:

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