ALDEIDI e CHETONI - scienze.uniroma2.it · 24/05/2012 1 ALDEIDI e CHETONI Caratteristica...
95
24/05/2012 1 ALDEIDI e CHETONI Caratteristica strutturale di aldeidi e chetoni O sp 2 legato a C sp 2 Caratteristiche Spettrali Spettrometria di massa C=O Lo ione molecolare di solito è osservabile, sia con le aldeidi che con i chetoni. Una scissione molto facile è la “rottura α” (α-cleavage), che lascia un carbocatione acilio (stabilizzato per risonanza): + . R . + C O H + C O H + C O R + H . + C O R + C O H R + . C O R' R C O R + R' . + C O R + R . + + + C O R' C O R' C O H P.M = 106 M + M + - H C O CH 3 P.M = 120 M + m/z 105 C O + C O + m/z 105
-
Upload
hoangkhuong -
Category
Documents
-
view
227 -
download
0
Transcript of ALDEIDI e CHETONI - scienze.uniroma2.it · 24/05/2012 1 ALDEIDI e CHETONI Caratteristica...
24/05/2012
1
ALDEIDI e CHETONICaratteristica strutturale di aldeidi e chetoni O sp2 legato a C sp2
Caratteristiche Spettrali
Spettrometria di massa
C=O
Lo ione molecolare di solito è osservabile, sia con le aldeidi che con i chetoni.
Una scissione molto facile è la “rottura α” (α-cleavage), che lascia un carbocatione acilio (stabilizzato per risonanza):
+.
R.+ C OH
+C OH
+
C OR+
H.
+ C OR+
C OH
R
+.C O
R'
R
C OR+
R' . + C OR+
R.
++ +
C OR' C OR'
CO
H
P.M = 106
M+M+ - H
CO
CH3
P.M = 120
M+
m/z 105
C O+
C O+
m/z 105
24/05/2012
2
stretching C=O a circa 1725 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione
due transizioni: π → π* a λ = 190 nm (lontano UV) permessa dalla simmetria (ε> 10 000)n → π* a λ = 280-290 nm proibita dalla simmetria (ε 15-20)
UV-visibile
IR
stretching C-H (del –CHO)
La transizione n → π* può non vedersi se la soluzione è diluita
La coniugazione con doppi legami sposta I massimi di assorbimento verso lunghezze d’onda maggiori (shift batocromico)
π → π* a λ = 231 nm (ε = 12 600 M-1cm-1)n → π* a λ = 321 nm (ε = 40 M-1cm-1)
O
ALDEIDI
deboli bande a 2750 e 2850 cm-1.
3-metilbutanale
benzencarbaldeide
24/05/2012
3
stretching C=O a circa 1715 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione
IR CHETONI
3-pentanone
fenil metil chetone
13C NMR L’effetto -I dell’O ed il campo magnetico generato dagli elettroni π diminuiscono la densità elettronica attorno al nucleo del 13C: molto deschermato
δCO 205-185 ppm (aldeidi) 220-190 ppm (chetoni)
3-metilbutanale
CO3-pentanone
CO
24/05/2012
4
1H NMRL’effetto -I dell’O ed il campo magnetico generato dagli elettroni πdiminuiscono la densità elettronica attorno al nucleo del 1H del CHO: molto deschermato (9,5-10,5 δ)
ALDEIDI
benzencarbaldeide
3-metilbutanale
CHO
CHO
1H NMR CHETONI
L’effetto -I dell’O diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1H sul C adiacente: deschermato da 2,0-2,5 (CH3) fino a 3 (CH2, CH) δ
3-pentanone
fenil metil chetone
24/05/2012
5
ALDEIDI e CHETONI
δ+ δ-
C OCH
sp2
H acido
E+
Reazione caratteristica ADDIZIONE NUCLEOFILA
Nu:
Meccanismo:
1.Nu:-
lento -E+
C O
Nu
EC O C O
Nu
sp2 (trigonale planare)
sp3
(tetraedrico)
E+ = H+generalmente
2.
H++ +
+ C O H C O HC O
lentoC O H
+ C O
Nu
H:Nu-+
sp2 (trigonale planare)
sp3
(tetraedrico)
24/05/2012
6
Sono reazioni di equilibrio
Risentono dell'effetto sterico
Risentono degli effetti elettronici dei sostituenti
Sostituenti ad attrazione elettronica RENDONO PIU' POSITIVO il C carbonilico
FAVORISCONO l'attacco del nucleofilo
REATTIVITA' CRESCENTE
CHETONI < METILCHETONI < ALDEIDI < METANALE
a. NUCLEOFILI ALL'OSSIGENO
H2O
+ H2O aldeide idrataCO
R H C OHRH
OH
+ H2O chetone idratoC OHRR
OH
CO
R R
Meccanismo:
+:
lento+
-CO
OH2C
O
OH
HCOH
OH
24/05/2012
7
ROH
+:
lento+
-EMIACETALEC
O
OR
HCO
OHRC
OH
OR
Meccanismo:
esempi:
+C
O
CH3 HCH3CH2OH C
OH
CH3
H
O CH2 CH3
+ CH3CH2OHCO
CH3 CH3C
OH
CH3
CH3
O CH2 CH3
La reazione può avvenire anche in modo intramolecolare:
C
O
HCH2OH CH2 CH2CH2
CH2
CH2
OC
OH
H
Se la reazione con alcool si fa in ambiente ACIDO ANIDRO, prosegue:
+ 2 R'OH + H2OH+(*)
(*) HCl (gas) ACETALE
C OR'RH
OR'
CO
R H
+ 2 R'OH + H2OH+(*)
ACETALE (CHETALE)
C OR'RR"
OR'
C
O
R R"
(*) HCl (gas)
Meccanismo:
+ COH
R
H
OR'OR' HC
O
R Hcome già descritto
24/05/2012
8
+H+
..C
OH
R
H
OR'C
O
R
H
OR'
HH
H2O + CR
HOR'+
CR
HOR'+
OH R'..
+ + H+CO
R
H
OR'
HR'
COR'
R
H
OR'
+ 2 H+
CO
CH3
CH3
O CH2 CH3
CH2 CH3
CH3CH2OHC
O
CH3 CH3
I chetoni danno chetali con equilibrio spostato verso destra solo se il nucleofilo è un diolo (1,2- o 1,3-): la reazione è intramolecolare e si forma un anello stabile
Con I chetoni (meno reattivi delle aldeidi) l’equilibrio è spostato verso sinistra
..+
-C
OCH3
CH3CH2
CH2O
OHH
COHCH3
CH3CH2
CH2O
OHCH2
CH2OH
OH
C OCH3
CH3
H++
+COH2
CH3
CH3CH2
CH2O
OH
CCH3
CH3
CH2
CH2O
OHC
OHCH3
CH3CH2
CH2O
OH
++ H+C
CH3
CH3
CH2
CH2O
OC
CH3
CH3
CH2
CH2O
OH
Esempio di applicazione:
come ottenere daCHC
OH
CH2
OHOH
CHC
OH
CH2
?
CHCH2
CHCH2
OHOH
KMnO4 però, con KMnO4:KMnO4C
OHC
OOH
24/05/2012
9
+OH-
H+KMnO4CH CHCH2
CH2
CH2O
OCHC
OH
CH2CH2
CH2OH
OH
H2O, H++CH CHCH2
OHOH
O
CH CHCH2 CH2
CH2O
OOHOHCH2
CH2 OHOH
b. NUCLEOFILI ALLO ZOLFO
RSH
+:
lento+
-EMITIOACETALEC
O
SR
HCO
SHRC
OH
SR
esempi:
+ COH
CH3
H
S CH2 CH3CO
CH3 HCH3CH2SH
+CO
CH3 CH3C
OH
CH3
CH3
S CH2 CH3CH3CH2SH
+ 2H+ anidro
TIOACETALEC
OCH3CH2SH C
S CH2 CH3
S CH2 CH3
Se la reazione con si fa in ambiente ACIDO ANIDRO, prosegue:
Con ditioli la reazione è intramolecolare quando si possono formare anelli stabili (5 e 6 termini).grado di
..+
-C
OR
R CH2SH
CH2 SHCH2
CH2SH
CH2SHCH2
C OR
R COHR
R CH2SCH2
SH
CH2
24/05/2012
10
H+ +
+COH2
R
R CH2SCH2
SH
CH2C
R
R CH2S
CH2SH
CH2
++ H+
TIOACETALE (TIOCHETALE)
CR
R
CH2
CH2S
SCH2C
RR
CH2
CH2S
SH
CH2
NaHSO3 Reazione di Bertagnini solo con aldeidi
+ :-
-S OO
OCOH
H
S OHO
O
-CO
HS OHO
OCO
Hreazione acido-base
Serve per purificare le aldeidi: l’addotto precipita, si filtra, si torna ad aldeide
c. NUCLEOFILI ALL’AZOTO
con i nucleofili all'azoto i prodotti di addizione perdono una molecola diacqua
NH3, RNH2ammoniaca ed ammine primarie
+H+
+ H2O
IMMINA(base di Schiff)
RC
H
O
R CH NH2
OHR CH NH:NH3
+ R'NH2R
CH
OR CH NH
OHR' R CH N R' + H2O
IMMINA(base di Schiff)
.. H+
Meccanismo:
C O + H+veloce
C OH+
C OH+
24/05/2012
11
lento+
veloce..
+
+ +..
COH
NH2
R
COH2
NHR
C OH NH2 R
H2O
veloce veloce
H+
+C NH R C N R
La velocità della reazione dipende dal pH
pH
k5÷6
la velocità massima si ha a pH 5÷6
+ H+ +R NH2 R NH3
+ H++
CO
H
CO
+CO
H
a pH troppo acido manca il nucleofiloa pH non abbastanza acido, la concentrazione di composto carbonilico protonato è troppo bassa
24/05/2012
12
ammine secondarie R2NH
+ R2NH + H2O.. H+
ENAMMINACH2
CH
O
R'
CH2 CH NR2
OHR' CH CH NR2R'
Meccanismo:
veloce
+
CHCH NR
RCOH2
CH NHR
H + H2O + H+
C OCH2
+ H+ veloce +C OH+
lentoC
OH
NHR2CH2
+CH2
C OH NH RR..
Esempi:
CH3 CCH3
O+ NH
H+ CH2
CCH3
H2O N
H
H2O, H+
CH2
CH3
NC
CH3 CH
O+ (CH3)2NH CH2 CH N
OH
H CH3
CH3 H2OCH2 CH N
CH3
CH3
ammine terziarie R3N
NESSUNA REAZIONER3N + CO
CO
R3N+
-
derivati dell'ammoniaca H2N-X
X = OH NH2 OH..
IDROSSILAMMINA
H+
veloce
+..
+
+
lento
NCOH
HH OH
NH2 OHCOH
CO
COH
24/05/2012
13
H2O+
:NCOH2
H OH +
OSSIMANC
OHNC
H OH
Esempio:
+H+
H2O ossima dellabenzencarbaldeide
C H
O
NH2 OHCHOH
NH OHCH N OH
+H+
H2Oossima delbutanone
CH2CCH3
CH3N OHCH2C CH3
OCH3
NH2 OH CH2CCH3
OHCH3 NH OH
X = NH2 NH2 NH2
.. .. IDRAZINA
H+
veloce
H2O+
+..
+
+
lento
:NCOH2
H NH2
COH
NH2 NH2CO
COH
NCOH
HH NH2
+
IDRAZONE
H+
NC
H NH2NC
NH2
Esempio:
+H+
H2O idrazone del propanale
CH2CHCH3N NH2NH2 NH2CH2C H
OCH3
CH2CHOH
CH3NH NH2
24/05/2012
14
X = NH-C6H5.. ..
Nu
NH2 NHFENILIDRAZINA
H+
veloce
+..
+
+
lento
NH2 NHNCOH
HH NH
COH
CO
COH
H2O+
:NCOH2
H NH
+
H+NC
H NH NC
NH
FENILIDRAZONE
Esempio:
+H2O
.. ..
fenilidrazone delfenil metil chetone
C CH3
OCH N NHNH2 NH
+
H2O fenilidrazone delbutanale
CH2 C HO
CH2CH3
CH2CHCH2CH3N NHNH2 NH
Nu
NH2 NH NO2
NO2
.. ..
2,4-DINITROFENILIDRAZINA
24/05/2012
15
H+.. ..
+CO
NH2 NH NO2
NO2
NC
NH
NO2
NO2
2,4-DINITROFENILIDRAZONE
Esempio:
+ H+
H2O
CH3C CH3
O NH2 NHNO2
NO2
CH3
C NCH3
NHNO2
NO22,4-difenilfenilidrazone del del propanone
X = CONHNH2 NH2 CNH
O
NH2
....
Nu
SEMICARBAZIDE
....+
H2O
CO
NC
NH CNH2
O
NH2 CNH
O
NH2
SEMICARBAZONE
24/05/2012
16
d. NUCLEOFILI AL CARBONIO
HCN
+ HCN
cianidrina
R C HOH
C NRC
H
O
+ HCN
cianidrina
RC
R'
OR C R'
OH
C N
meccanismo:
+ C N ::-lento H+
C COH
N
:..
::
::.. -C CO
NCO
Addizione di carbanioni (composti organometallici)
RMgX
+ RMgXδ- δ+
- +MgXδ-
δ+ CO
RCO H2O
(H+)+ Mg(OH)XC
OH
R
Esempi:
HC
H
O+
MgBrCH2
OMgBrH2O CH2OH
CH3C
H
O+ CH3MgI
CH3CH
CH3
OMgI H2O
CH3CH
CH3
OH
CH3C
CH3
O+ CH3CH2MgI CH3 C
CH3
OMgICH2CH3
H2OCH3 C
CH3
OHCH2CH3
24/05/2012
17
RLi
+ RLiδ- δ+
δ-
δ+ CO
COLi
R
H2O
(H+)+ Li(OH)C
OH
Resempio:
+H2O
Li
CH3 CHCH3
CHOLi
CH3 CHCH3
CHOH
CH3 CHCH3
CO
H
FOSFORANO REAZIONE DI WITTIG
alogenoalcano + trifenilfosfina + base forte + composto carbonilico
ALCHENE
+.. SN2 + Br-
sale di FOSFONIO(bromuro di alchiltrifenilfosfonio)
R CH2 PPR CH2 Br
+ base +..-
FOSFORANO o ILIDE (yilide)
R CH2 P(C6H5)3 R CH P(C6H5)3 R CH P(C6H5)3
1. Sostituzione nucleofila
2. Reazione acido-base
Nu:
3. Addizione nucleofila
butillitio (CH3CH2CH2CH2Li) oppure idruro di sodio (NaH)BASE
IL FOSFORO PUO' ESPANDERE L'OTTETTO: stabilizza il carbanione
R CH P(C6H5)3
+..-+R'
CR"
O
R'
CR" O
R CH P(C6H5)3 BETAINA oFOSFETANO
24/05/2012
18
+fosfinossido
R'
CR"
R CH
O
P(C6H5)3
"driving force“ (forza trainante) Il legame P-O è più forte del legame P-C
Esempio:
+1. :PPh3
2. NaHCH3 CH2 CH2 Br CH3 CH
OCH CH2 CH3CH3 CH
+ :PPh3+ NaH
H2
+..-CH3 CH2 CH2 Br CH3 CH2 CH2 PPh3
CH3 CH2 CH PPh3
CH3 CH
O
CH3 CH2 CH PPh3
+..- + CH3 CHO
CH3CH2CHPPh3
O=PPh3
CH3 CH CH3CH2CH
Esempio:
+1. :PPh3
2. C4H9LiCH3 CH2 CH2BrCH3
C
OCH3 CH2 CH
CH3C
-.. ++ CH3 C
OCH3CH2CH
PPh3
CH3 CH2 CHCH3
CCH3 CH2 CH PPh3 CH3
C
O
CONDENSAZIONE ALDOLICA
2 10% NaOH in H2O
ALDOLOCH3
CH
OCH3 CH
OHCH2 C
H
O
24/05/2012
19
meccanismo:
1. reazione acido-base genera il nucleofilo
HO- + CH2 CH
OH OH H + CH2 C
H
O- CH2 C
H
O-α
2. addizione nucleofila
CH3 CH
OCH2 C
H
O- CH3 CH
OCH2 C
H
O-
3. reazione acido-base
+CH3 CHO
CH2 CH
O-
OH H CH3 CHOH
CH2 CH
O+ HO-
la suaconcentrazionenon cambia
l'aldolo, sottoposto a riscaldamento, perde una molecola di acqua
Δ
H2O doppio legame coniugato
CH3 CHOH
CH2 CH
OCH3 CH CH C
H
O
perché la condensazione aldolica possa avvenire, è necessario che l'aldeide abbia almeno un H in α al carbonile
per esempio:CHO
HCHO
C CHOCH3
CH3
CH3 non reagiscono
aldeidi con più C dell'etanale, comunque danno il carbanione in α al carbonile
CH CH
OCH3
HHO- + CH C
H
OCH3
αCH
H
OCH3 C
--
+ H2O
24/05/2012
20
CH CH
OCH3CH2 C
H
OCH3
δ-
δ+-+ CH2 CH
OCH3 CH C
H
O
CH3
-
-+ H2O + HO-CH2 CH
OCH3 CH C
H
O
CH3
CH2 CHOH
CH3 CH CH
O
CH3
CONDENSAZIONE ALDOLICA MISTA
La reazione con due aldeidi, entrambe con H in α, dà una miscela di prodotti
+
CH2 CH
O-
+ H2OHO-
-
CH3 CH
O
CH2 CH
OCH3
CH CH
OCH3
+ +
+
CH3 CHOH
CH CH
O
CH3
CH3 CHOH
CH2 CH
O
CH2 CHOH
CH3 CH2 CH
O
OH HCH2 CH
OHCH3 CH C
H
O
CH3
la condensazione aldolica mista (o incrociata) diventa utile quando una sola delle aldeidi ha un H in α (precursore del nucleofilo).
CH3 CH
OCH2 C
H
O-
+C H
O
nucleofilo
-H2O
CH2 CH
O- CH
OCH2 C
H
O
C H
O
CHOH
CH2 CH
O
HO-
+ HO-
24/05/2012
21
+ H2O
la coniugazione con l'anellobenzenico facilita la disidratazione
CHOH
CH2 CH
OC CH C
H
OH
ATTENZIONE! la condensazione aldolica in ambiente basico con i chetoni non avviene
equilibrio spostato a sinistra
2CH3
CCH3
OCH3 C
OHCH2 C
CH3
O
CH3
i chetoni possono essere utilizzati come fonti di carbanioni in condensazioni miste con aldeidi senza H in α
REAZIONE DI CLAISEN-SCHMIDT
+ -nucleofilo
-OHC H
O
CH3
CCH3
O
CH3
CCH2
O
meccanismo:
C H
O
+
H2OCHO
CH2 CCH3
O
CH2 CCH3
O-
-CHOH
CH2 CCH3
O
+ H2O
la coniugazione con l'anellobenzenico facilita la disidratazione
C CH CCH3
OH
esempio:
+ -OH- H2O
CH2
OHCH2C CH3
O
CH3
CCH3
O
CH2
OCH2 C CH3
O
HC
H
O
spontanea
In questo caso, per avere disidratazione occorre SCALDARE (meglio se in ambiente acido)
H++ H2O
Δ
+CH2
OH2
CH C CH3
O
HCH2 CH C CH3
OCH2
OHCH2 C CH3
O
24/05/2012
22
Le aldeidi SENZA H in α al carbonile possono reagire con NaOH, in condizioni più drastiche di quelle della condensazione aldolica (concentrazione più elevata di base, temperatura elevata)
REAZIONE DI CANNIZZARO
Cannizzaro (1826-1910)
2-OH
ΔCH3OH +
-HC
O
O
HC
H
O
Reazione di disproporzione (un -CHO si ossida e un altro di riduce)
1. attacco nucleofilo al C carbonilico
meccanismo:
HC
H
O
δ+
δ-
-OH+ H C HO
OH
-
Questo EQUILIBRIO si ha anche nel caso della condensazione aldolica, ma in quel caso c’è un’altra strada (attraverso la base coniugata) che porta a prodotti e quindi questo equiibrio è come se non ci fosse.
2. trasferimento di idruro (H con gli elettroni di legame)
- /= -
+H C HO
OHHC
H
Oδ- δ-
HC HO
OHH
CH
OC H
O
OHH C
H
OH
3. reazione acido-base -
+ CH3OH + HCO2-C H
O
OHH C
H
OH
Danno la reazione di Cannizzaro tutte le aldeidi SENZA H ACIDI
Di solito gli H acidi sono in α al carbonile, ma NON NECESSARIAMENTEesempio:
-OH+
-C H
OCH2OH C O
O
ma: -OH ?C
OH
CH3
H acido!
24/05/2012
23
COH
CH3
-OHC
OH
CH2-
+ H2O
COH
CH2
-
COH
CH2
-C
OH
CH2
-
ecc.
Nucleofilo condensazione aldolica
-
-
H2OCO
H
CH3
CO
HCH2
COH
CH2
COH
CH3
H2O
CH
CH3
CO
HCH
COH
H
CH3
CO
HCH2
24/05/2012
24
TAUTOMERIAC C
OH
C CO H
L'equilibrio tautomerico è catalizzato da acidi e da basi
meccanismo in ambiente basico:
+ -OH..-
-
ione enolato
+ H2O
enoloC
OCH
CO
C CO
C COH
C
reazione acido-base reazione acido-base
l'equilibrio è spostato verso la forma carbonilica
COH
CH3CH2
99.99% 0.01%CH3
CCH3
O
HC
CH3
O
HC
CH2
OH
99.90% 0.10%
OHH
OHH
99.4% 0.06%
l'equilibrio è spostato verso la forma enolica se ci sono fattori particolari che la stabilizzano
20% 80%
... . ..
stabilizzazione perlegame idrogeno
CH3
CO
CHC
CH3
OH
CH3
CO
CH2
CCH3
O
CH3
CO
CHC
CH3
OH
meccanismo in ambiente acido:
H3O+ +
+ :OH2CO
CHH
CO
C
HHC
OHCC
OCH
reazione acido-base reazione acido-base
24/05/2012
25
Un C chirale in α al carbonile in ambiente acido o basico racemizza
O
CH3
HHH *
(S)
H+
oppure-OH
OHCH3
O
CH3
HHH *
(S)
OCH3
H
HH *
(R)
+
RIDUZIONE
H2, cat.
idruro
(a) oppure (b)
[H] NH3
RC
R
O
R CH ROH
R CH2 R
R CH RNH2
R CH ROH
(a) Zn(Hg), HCl Clemmensen(b) NH2NH2, OH-, Δ Wolff-Kischner
idruro = NaBH4, LiAlH4
meccanismi:
NaBH4 ADDIZIONE NUCLEOFILA Nu: = H-
CO
-H BH3
CO
H
BH3-
H+
H2OCOH
H
NH2 NH2
.. ADDIZIONE NUCLEOFILA Nu: = H2N-NH2
CO
NH2 NH2+
H2O
..N NH2C
-OH
ΔCH2N N +
NH3
..ADDIZIONE NUCLEOFILA Nu: = :NH3
CO
+
H2O
..NHCNH3
H2Ni
NH2CH
idrogenazione catalitica
24/05/2012
26
OSSIDAZIONE
HC
R
O [O]
OHC
R
O[O] tutti gli ossidanti già visti con gli
alcooli
R'C
R
O [O]NESSUNA REAZIONE
Saggio di Tollens
Gottfried Tollens
+ Ag(NH3)2OH -+ Ag°
OC
R
O
HC
R
O
specchiod'argento
gli α-idrossichetoni possono dare un saggio positivo:
[-2H] Ag(NH3)2OH
CRO
R'CO
CHROH
R'CO
+ Ag°
REAZIONI IN CATENA LATERALE
α-ALOGENAZIONE
I chetoni vengono alogenati in α al carbonile. La reazione è promossa da basi oppure acido-catalizzata (Le aldeidi vengono ossidate dagli alogeni).
promossa da basi:
+ Br2 + -OH + Br- + H2OCCH2
O
CH3 BrCCH3
O
CH3
+ Br2 + -OH + Br- + H2OO
Br
O
la base si consuma
acido-catalizzata
CCH3
O
CH3
+ Br2 CCH2
O
CH3 Br+ Br- + H+
24/05/2012
27
O O
Br+ Br2 + Br- + H+
l'acido non si consuma
La velocità dell'α-alogenazione (sia in ambiente basico che in ambiente acido) NON dipende dalla concentrazione di alogeno.
meccanismo della reazione promossa da basi:
+ -OHlento
-
- + H2OCCH2
O
CH3C
CH2
O
CH3C
CH3
O
CH3
- + Br-CCH2
O
CH3Br
Br BrCCH2
O
CH3
meccanismo della reazione acido catalizzata:
+ H++
CCH3
O
CH3
H
CCH3
O
CH3
+lento
+ H+CCH2
OH
CH3
CCH2
OH
CH3
H
+:
+
+
CCH2
OH
CH3
Br Br C CH2
OHCH3 Br C CH2
OHCH3 Br
+
C CH2
OHCH3 Br C CH2
OCH3 Br
24/05/2012
28
Con i metilchetoni reazione dell'aloformio
con eccesso di alogeno e NaOH in acqua
-OH, H2O+ I2 + CHI3 -
iodoformio
solidogiallo
CO
O
C CH3
O
meccanismo: -OH
-CCH2
O
RC
CH2
O
R IC
CH3
O
R
Acidità maggiore di quella del metile -OH
- CCH
O
R II
CCH
O
R IC
CH2
O
R III
-OH-
3 atomi di iodio(elettronegativi)
CCI2
O
RC
CHI2
O
RC
CI3
O
R
+ -OH
-
+ :CI3-
CHI3-+C
OR
OC
OR
OHC CI3
OR
OHC
CI3
O
R
I2 ossidante
ATTENZIONE!!! Ci possono essere “falsi positivi”
Si separa; giallo
anche composti diversi dai metilchetoni possono dare lo iodoformio (falsi positivi) se la molecola può essere ossidata dallo iodio a metilchetone
I2 I2 -OH
- CHI3+O CO
HCH3CO
HCH3CH2 OH
I2 I2 -OH
CHI3+-OCO
HCH CH3
OHCH3
C CH3
OCH3
24/05/2012
29
COMPOSTI CARBONILICO α,β-INSATURI
+-
+
-
CH2 CH CHO
CH2 CH CHO
CH2 CH CHO
centro nucleofilo
centro elettrofilo
Con reagenti elettrofili Addizione 1,2 e 1,4
H+ +
++
CH2 CH CHO
CH2 CH CHOH
CH2 CH CHOH
CH2 CH CHOH
Addizione 1,2
CH2 CH CHOH
Cl
Addizione 1,4
CH2 CH CHOH
Cl
CH2 CH2 CHO
Cl
CH2 CH CHO
+ HCl
Con reagenti nucleofili Addizione 1,2 e 1,4
+ HCN- +C N CH2 CH COH
CH3C N
CH2CH2 CO
CH3
C NCH2 CH C
OCH3
meccanismo:
1,4CH2 CH C
OCH3
C N-CH2 CH C
OCH3
C N
- CH2 CH CO
CH3C N
-
HCNC N- + CH2 CH C
OHCH3
C NCH2CH2 C
OCH3
C N
1,2CH2 CH C
OCH3
C N-
CH2 CH CO
CH3C N
CH2 CH COH
CH3C N
-HCN
+ -CN
con nucleofili basi più forti è preferita l'addizione 1,2 (al C=O)
24/05/2012
30
con nucleofili basi più deboli è preferita l'addizione 1,4
CH2 CH CO
CH3+ CH3MgI CH2 CH C
OMgBrCH3
CH3
CH2 CH COH
CH3CH3
CH2 CH2 CO
CH3CNCH2 CH CO
CH3 + HCN
RIDUZIONE di composti carbonilici contenenti C=C
il prodotto dipende dal catalizzatore e dalle condizioni di reazione
CH CH2 CHO
CH3 CH
H2, Ni25°C
CH2 CH2 CHO
CH3 CH2si riduce C=C
H2, Ni, ΔCH2 CH2 CH2
OHCH3 CH2
1. NaBH42. H2O
CH CH2 CH2
OHCH3CH
si riducono entrambi
si riduce C=O
24/05/2012
1
ALDEIDI e CHETONICaratteristica strutturale di aldeidi e chetoni O sp2 legato a C sp2
Caratteristiche Spettrali
Spettrometria di massa
C=O
Lo ione molecolare di solito è osservabile, sia con le aldeidi che con i chetoni.
Una scissione molto facile è la “rottura α” (α-cleavage), che lascia un carbocatione acilio (stabilizzato per risonanza):
+.
R.+ C OH
+C OH
+
C OR+
H.
+ C OR+
C OH
R
+.C O
R'
R
C OR+
R' . + C OR+
R.
++ +
C OR' C OR'
CO
H
P.M = 106
M+M+ - H
CO
CH3
P.M = 120
M+
m/z 105
C O+
C O+
m/z 105
24/05/2012
2
stretching C=O a circa 1725 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione
due transizioni: π → π* a λ = 190 nm (lontano UV) permessa dalla simmetria (ε> 10 000)n → π* a λ = 280-290 nm proibita dalla simmetria (ε 15-20)
UV-visibile
IR
stretching C-H (del –CHO)
La transizione n → π* può non vedersi se la soluzione è diluita
La coniugazione con doppi legami sposta I massimi di assorbimento verso lunghezze d’onda maggiori (shift batocromico)
π → π* a λ = 231 nm (ε = 12 600 M-1cm-1)n → π* a λ = 321 nm (ε = 40 M-1cm-1)
O
ALDEIDI
deboli bande a 2750 e 2850 cm-1.
3-metilbutanale
benzencarbaldeide
24/05/2012
3
stretching C=O a circa 1715 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione
IR CHETONI
3-pentanone
fenil metil chetone
13C NMR L’effetto -I dell’O ed il campo magnetico generato dagli elettroni π diminuiscono la densità elettronica attorno al nucleo del 13C: molto deschermato
δCO 205-185 ppm (aldeidi) 220-190 ppm (chetoni)
3-metilbutanale
CO3-pentanone
CO
24/05/2012
4
1H NMRL’effetto -I dell’O ed il campo magnetico generato dagli elettroni πdiminuiscono la densità elettronica attorno al nucleo del 1H del CHO: molto deschermato (9,5-10,5 δ)
ALDEIDI
benzencarbaldeide
3-metilbutanale
CHO
CHO
1H NMR CHETONI
L’effetto -I dell’O diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1H sul C adiacente: deschermato da 2,0-2,5 (CH3) fino a 3 (CH2, CH) δ
3-pentanone
fenil metil chetone
24/05/2012
5
ALDEIDI e CHETONI
δ+ δ-
C OCH
sp2
H acido
E+
Reazione caratteristica ADDIZIONE NUCLEOFILA
Nu:
Meccanismo:
1.Nu:-
lento -E+
C O
Nu
EC O C O
Nu
sp2 (trigonale planare)
sp3
(tetraedrico)
E+ = H+generalmente
2.
H++ +
+ C O H C O HC O
lentoC O H
+ C O
Nu
H:Nu-+
sp2 (trigonale planare)
sp3
(tetraedrico)
24/05/2012
6
Sono reazioni di equilibrio
Risentono dell'effetto sterico
Risentono degli effetti elettronici dei sostituenti
Sostituenti ad attrazione elettronica RENDONO PIU' POSITIVO il C carbonilico
FAVORISCONO l'attacco del nucleofilo
REATTIVITA' CRESCENTE
CHETONI < METILCHETONI < ALDEIDI < METANALE
a. NUCLEOFILI ALL'OSSIGENO
H2O
+ H2O aldeide idrataCO
R H C OHRH
OH
+ H2O chetone idratoC OHRR
OH
CO
R R
Meccanismo:
+:
lento+
-CO
OH2C
O
OH
HCOH
OH
24/05/2012
7
ROH
+:
lento+
-EMIACETALEC
O
OR
HCO
OHRC
OH
OR
Meccanismo:
esempi:
+C
O
CH3 HCH3CH2OH C
OH
CH3
H
O CH2 CH3
+ CH3CH2OHCO
CH3 CH3C
OH
CH3
CH3
O CH2 CH3
La reazione può avvenire anche in modo intramolecolare:
C
O
HCH2OH CH2 CH2CH2
CH2
CH2
OC
OH
H
Se la reazione con alcool si fa in ambiente ACIDO ANIDRO, prosegue:
+ 2 R'OH + H2OH+(*)
(*) HCl (gas) ACETALE
C OR'RH
OR'
CO
R H
+ 2 R'OH + H2OH+(*)
ACETALE (CHETALE)
C OR'RR"
OR'
C
O
R R"
(*) HCl (gas)
Meccanismo:
+ COH
R
H
OR'OR' HC
O
R Hcome già descritto
24/05/2012
8
+H+
..C
OH
R
H
OR'C
O
R
H
OR'
HH
H2O + CR
HOR'+
CR
HOR'+
OH R'..
+ + H+CO
R
H
OR'
HR'
COR'
R
H
OR'
+ 2 H+
CO
CH3
CH3
O CH2 CH3
CH2 CH3
CH3CH2OHC
O
CH3 CH3
I chetoni danno chetali con equilibrio spostato verso destra solo se il nucleofilo è un diolo (1,2- o 1,3-): la reazione è intramolecolare e si forma un anello stabile
Con I chetoni (meno reattivi delle aldeidi) l’equilibrio è spostato verso sinistra
..+
-C
OCH3
CH3CH2
CH2O
OHH
COHCH3
CH3CH2
CH2O
OHCH2
CH2OH
OH
C OCH3
CH3
H++
+COH2
CH3
CH3CH2
CH2O
OH
CCH3
CH3
CH2
CH2O
OHC
OHCH3
CH3CH2
CH2O
OH
++ H+C
CH3
CH3
CH2
CH2O
OC
CH3
CH3
CH2
CH2O
OH
Esempio di applicazione:
come ottenere daCHC
OH
CH2
OHOH
CHC
OH
CH2
?
CHCH2
CHCH2
OHOH
KMnO4 però, con KMnO4:KMnO4C
OHC
OOH
24/05/2012
9
+OH-
H+KMnO4CH CHCH2
CH2
CH2O
OCHC
OH
CH2CH2
CH2OH
OH
H2O, H++CH CHCH2
OHOH
O
CH CHCH2 CH2
CH2O
OOHOHCH2
CH2 OHOH
b. NUCLEOFILI ALLO ZOLFO
RSH
+:
lento+
-EMITIOACETALEC
O
SR
HCO
SHRC
OH
SR
esempi:
+ COH
CH3
H
S CH2 CH3CO
CH3 HCH3CH2SH
+CO
CH3 CH3C
OH
CH3
CH3
S CH2 CH3CH3CH2SH
+ 2H+ anidro
TIOACETALEC
OCH3CH2SH C
S CH2 CH3
S CH2 CH3
Se la reazione con si fa in ambiente ACIDO ANIDRO, prosegue:
Con ditioli la reazione è intramolecolare quando si possono formare anelli stabili (5 e 6 termini).grado di
..+
-C
OR
R CH2SH
CH2 SHCH2
CH2SH
CH2SHCH2
C OR
R COHR
R CH2SCH2
SH
CH2
24/05/2012
10
H+ +
+COH2
R
R CH2SCH2
SH
CH2C
R
R CH2S
CH2SH
CH2
++ H+
TIOACETALE (TIOCHETALE)
CR
R
CH2
CH2S
SCH2C
RR
CH2
CH2S
SH
CH2
NaHSO3 Reazione di Bertagnini solo con aldeidi
+ :-
-S OO
OCOH
H
S OHO
O
-CO
HS OHO
OCO
Hreazione acido-base
Serve per purificare le aldeidi: l’addotto precipita, si filtra, si torna ad aldeide
c. NUCLEOFILI ALL’AZOTO
con i nucleofili all'azoto i prodotti di addizione perdono una molecola diacqua
NH3, RNH2ammoniaca ed ammine primarie
+H+
+ H2O
IMMINA(base di Schiff)
RC
H
O
R CH NH2
OHR CH NH:NH3
+ R'NH2R
CH
OR CH NH
OHR' R CH N R' + H2O
IMMINA(base di Schiff)
.. H+
Meccanismo:
C O + H+veloce
C OH+
C OH+
24/05/2012
11
lento+
veloce..
+
+ +..
COH
NH2
R
COH2
NHR
C OH NH2 R
H2O
veloce veloce
H+
+C NH R C N R
La velocità della reazione dipende dal pH
pH
k5÷6
la velocità massima si ha a pH 5÷6
+ H+ +R NH2 R NH3
+ H++
CO
H
CO
+CO
H
a pH troppo acido manca il nucleofiloa pH non abbastanza acido, la concentrazione di composto carbonilico protonato è troppo bassa
24/05/2012
12
ammine secondarie R2NH
+ R2NH + H2O.. H+
ENAMMINACH2
CH
O
R'
CH2 CH NR2
OHR' CH CH NR2R'
Meccanismo:
veloce
+
CHCH NR
RCOH2
CH NHR
H + H2O + H+
C OCH2
+ H+ veloce +C OH+
lentoC
OH
NHR2CH2
+CH2
C OH NH RR..
Esempi:
CH3 CCH3
O+ NH
H+ CH2
CCH3
H2O N
H
H2O, H+
CH2
CH3
NC
CH3 CH
O+ (CH3)2NH CH2 CH N
OH
H CH3
CH3 H2OCH2 CH N
CH3
CH3
ammine terziarie R3N
NESSUNA REAZIONER3N + CO
CO
R3N+
-
derivati dell'ammoniaca H2N-X
X = OH NH2 OH..
IDROSSILAMMINA
H+
veloce
+..
+
+
lento
NCOH
HH OH
NH2 OHCOH
CO
COH
24/05/2012
13
H2O+
:NCOH2
H OH +
OSSIMANC
OHNC
H OH
Esempio:
+H+
H2O ossima dellabenzencarbaldeide
C H
O
NH2 OHCHOH
NH OHCH N OH
+H+
H2Oossima delbutanone
CH2CCH3
CH3N OHCH2C CH3
OCH3
NH2 OH CH2CCH3
OHCH3 NH OH
X = NH2 NH2 NH2
.. .. IDRAZINA
H+
veloce
H2O+
+..
+
+
lento
:NCOH2
H NH2
COH
NH2 NH2CO
COH
NCOH
HH NH2
+
IDRAZONE
H+
NC
H NH2NC
NH2
Esempio:
+H+
H2O idrazone del propanale
CH2CHCH3N NH2NH2 NH2CH2C H
OCH3
CH2CHOH
CH3NH NH2
24/05/2012
14
X = NH-C6H5.. ..
Nu
NH2 NHFENILIDRAZINA
H+
veloce
+..
+
+
lento
NH2 NHNCOH
HH NH
COH
CO
COH
H2O+
:NCOH2
H NH
+
H+NC
H NH NC
NH
FENILIDRAZONE
Esempio:
+H2O
.. ..
fenilidrazone delfenil metil chetone
C CH3
OCH N NHNH2 NH
+
H2O fenilidrazone delbutanale
CH2 C HO
CH2CH3
CH2CHCH2CH3N NHNH2 NH
Nu
NH2 NH NO2
NO2
.. ..
2,4-DINITROFENILIDRAZINA
24/05/2012
15
H+.. ..
+CO
NH2 NH NO2
NO2
NC
NH
NO2
NO2
2,4-DINITROFENILIDRAZONE
Esempio:
+ H+
H2O
CH3C CH3
O NH2 NHNO2
NO2
CH3
C NCH3
NHNO2
NO22,4-difenilfenilidrazone del del propanone
X = CONHNH2 NH2 CNH
O
NH2
....
Nu
SEMICARBAZIDE
....+
H2O
CO
NC
NH CNH2
O
NH2 CNH
O
NH2
SEMICARBAZONE
24/05/2012
16
d. NUCLEOFILI AL CARBONIO
HCN
+ HCN
cianidrina
R C HOH
C NRC
H
O
+ HCN
cianidrina
RC
R'
OR C R'
OH
C N
meccanismo:
+ C N ::-lento H+
C COH
N
:..
::
::.. -C CO
NCO
Addizione di carbanioni (composti organometallici)
RMgX
+ RMgXδ- δ+
- +MgXδ-
δ+ CO
RCO H2O
(H+)+ Mg(OH)XC
OH
R
Esempi:
HC
H
O+
MgBrCH2
OMgBrH2O CH2OH
CH3C
H
O+ CH3MgI
CH3CH
CH3
OMgI H2O
CH3CH
CH3
OH
CH3C
CH3
O+ CH3CH2MgI CH3 C
CH3
OMgICH2CH3
H2OCH3 C
CH3
OHCH2CH3
24/05/2012
17
RLi
+ RLiδ- δ+
δ-
δ+ CO
COLi
R
H2O
(H+)+ Li(OH)C
OH
Resempio:
+H2O
Li
CH3 CHCH3
CHOLi
CH3 CHCH3
CHOH
CH3 CHCH3
CO
H
FOSFORANO REAZIONE DI WITTIG
alogenoalcano + trifenilfosfina + base forte + composto carbonilico
ALCHENE
+.. SN2 + Br-
sale di FOSFONIO(bromuro di alchiltrifenilfosfonio)
R CH2 PPR CH2 Br
+ base +..-
FOSFORANO o ILIDE (yilide)
R CH2 P(C6H5)3 R CH P(C6H5)3 R CH P(C6H5)3
1. Sostituzione nucleofila
2. Reazione acido-base
Nu:
3. Addizione nucleofila
butillitio (CH3CH2CH2CH2Li) oppure idruro di sodio (NaH)BASE
IL FOSFORO PUO' ESPANDERE L'OTTETTO: stabilizza il carbanione
R CH P(C6H5)3
+..-+R'
CR"
O
R'
CR" O
R CH P(C6H5)3 BETAINA oFOSFETANO
24/05/2012
18
+fosfinossido
R'
CR"
R CH
O
P(C6H5)3
"driving force“ (forza trainante) Il legame P-O è più forte del legame P-C
Esempio:
+1. :PPh3
2. NaHCH3 CH2 CH2 Br CH3 CH
OCH CH2 CH3CH3 CH
+ :PPh3+ NaH
H2
+..-CH3 CH2 CH2 Br CH3 CH2 CH2 PPh3
CH3 CH2 CH PPh3
CH3 CH
O
CH3 CH2 CH PPh3
+..- + CH3 CHO
CH3CH2CHPPh3
O=PPh3
CH3 CH CH3CH2CH
Esempio:
+1. :PPh3
2. C4H9LiCH3 CH2 CH2BrCH3
C
OCH3 CH2 CH
CH3C
-.. ++ CH3 C
OCH3CH2CH
PPh3
CH3 CH2 CHCH3
CCH3 CH2 CH PPh3 CH3
C
O
CONDENSAZIONE ALDOLICA
2 10% NaOH in H2O
ALDOLOCH3
CH
OCH3 CH
OHCH2 C
H
O
24/05/2012
19
meccanismo:
1. reazione acido-base genera il nucleofilo
HO- + CH2 CH
OH OH H + CH2 C
H
O- CH2 C
H
O-α
2. addizione nucleofila
CH3 CH
OCH2 C
H
O- CH3 CH
OCH2 C
H
O-
3. reazione acido-base
+CH3 CHO
CH2 CH
O-
OH H CH3 CHOH
CH2 CH
O+ HO-
la suaconcentrazionenon cambia
l'aldolo, sottoposto a riscaldamento, perde una molecola di acqua
Δ
H2O doppio legame coniugato
CH3 CHOH
CH2 CH
OCH3 CH CH C
H
O
perché la condensazione aldolica possa avvenire, è necessario che l'aldeide abbia almeno un H in α al carbonile
per esempio:CHO
HCHO
C CHOCH3
CH3
CH3 non reagiscono
aldeidi con più C dell'etanale, comunque danno il carbanione in α al carbonile
CH CH
OCH3
HHO- + CH C
H
OCH3
αCH
H
OCH3 C
--
+ H2O
24/05/2012
20
CH CH
OCH3CH2 C
H
OCH3
δ-
δ+-+ CH2 CH
OCH3 CH C
H
O
CH3
-
-+ H2O + HO-CH2 CH
OCH3 CH C
H
O
CH3
CH2 CHOH
CH3 CH CH
O
CH3
CONDENSAZIONE ALDOLICA MISTA
La reazione con due aldeidi, entrambe con H in α, dà una miscela di prodotti
+
CH2 CH
O-
+ H2OHO-
-
CH3 CH
O
CH2 CH
OCH3
CH CH
OCH3
+ +
+
CH3 CHOH
CH CH
O
CH3
CH3 CHOH
CH2 CH
O
CH2 CHOH
CH3 CH2 CH
O
OH HCH2 CH
OHCH3 CH C
H
O
CH3
la condensazione aldolica mista (o incrociata) diventa utile quando una sola delle aldeidi ha un H in α (precursore del nucleofilo).
CH3 CH
OCH2 C
H
O-
+C H
O
nucleofilo
-H2O
CH2 CH
O- CH
OCH2 C
H
O
C H
O
CHOH
CH2 CH
O
HO-
+ HO-
24/05/2012
21
+ H2O
la coniugazione con l'anellobenzenico facilita la disidratazione
CHOH
CH2 CH
OC CH C
H
OH
ATTENZIONE! la condensazione aldolica in ambiente basico con i chetoni non avviene
equilibrio spostato a sinistra
2CH3
CCH3
OCH3 C
OHCH2 C
CH3
O
CH3
i chetoni possono essere utilizzati come fonti di carbanioni in condensazioni miste con aldeidi senza H in α
REAZIONE DI CLAISEN-SCHMIDT
+ -nucleofilo
-OHC H
O
CH3
CCH3
O
CH3
CCH2
O
meccanismo:
C H
O
+
H2OCHO
CH2 CCH3
O
CH2 CCH3
O-
-CHOH
CH2 CCH3
O
+ H2O
la coniugazione con l'anellobenzenico facilita la disidratazione
C CH CCH3
OH
esempio:
+ -OH- H2O
CH2
OHCH2C CH3
O
CH3
CCH3
O
CH2
OCH2 C CH3
O
HC
H
O
spontanea
In questo caso, per avere disidratazione occorre SCALDARE (meglio se in ambiente acido)
H++ H2O
Δ
+CH2
OH2
CH C CH3
O
HCH2 CH C CH3
OCH2
OHCH2 C CH3
O
24/05/2012
22
Le aldeidi SENZA H in α al carbonile possono reagire con NaOH, in condizioni più drastiche di quelle della condensazione aldolica (concentrazione più elevata di base, temperatura elevata)
REAZIONE DI CANNIZZARO
Cannizzaro (1826-1910)
2-OH
ΔCH3OH +
-HC
O
O
HC
H
O
Reazione di disproporzione (un -CHO si ossida e un altro di riduce)
1. attacco nucleofilo al C carbonilico
meccanismo:
HC
H
O
δ+
δ-
-OH+ H C HO
OH
-
Questo EQUILIBRIO si ha anche nel caso della condensazione aldolica, ma in quel caso c’è un’altra strada (attraverso la base coniugata) che porta a prodotti e quindi questo equiibrio è come se non ci fosse.
2. trasferimento di idruro (H con gli elettroni di legame)
- /= -
+H C HO
OHHC
H
Oδ- δ-
HC HO
OHH
CH
OC H
O
OHH C
H
OH
3. reazione acido-base -
+ CH3OH + HCO2-C H
O
OHH C
H
OH
Danno la reazione di Cannizzaro tutte le aldeidi SENZA H ACIDI
Di solito gli H acidi sono in α al carbonile, ma NON NECESSARIAMENTEesempio:
-OH+
-C H
OCH2OH C O
O
ma: -OH ?C
OH
CH3
H acido!
24/05/2012
23
COH
CH3
-OHC
OH
CH2-
+ H2O
COH
CH2
-
COH
CH2
-C
OH
CH2
-
ecc.
Nucleofilo condensazione aldolica
-
-
H2OCO
H
CH3
CO
HCH2
COH
CH2
COH
CH3
H2O
CH
CH3
CO
HCH
COH
H
CH3
CO
HCH2
24/05/2012
24
TAUTOMERIAC C
OH
C CO H
L'equilibrio tautomerico è catalizzato da acidi e da basi
meccanismo in ambiente basico:
+ -OH..-
-
ione enolato
+ H2O
enoloC
OCH
CO
C CO
C COH
C
reazione acido-base reazione acido-base
l'equilibrio è spostato verso la forma carbonilica
COH
CH3CH2
99.99% 0.01%CH3
CCH3
O
HC
CH3
O
HC
CH2
OH
99.90% 0.10%
OHH
OHH
99.4% 0.06%
l'equilibrio è spostato verso la forma enolica se ci sono fattori particolari che la stabilizzano
20% 80%
... . ..
stabilizzazione perlegame idrogeno
CH3
CO
CHC
CH3
OH
CH3
CO
CH2
CCH3
O
CH3
CO
CHC
CH3
OH
meccanismo in ambiente acido:
H3O+ +
+ :OH2CO
CHH
CO
C
HHC
OHCC
OCH
reazione acido-base reazione acido-base
24/05/2012
25
Un C chirale in α al carbonile in ambiente acido o basico racemizza
O
CH3
HHH *
(S)
H+
oppure-OH
OHCH3
O
CH3
HHH *
(S)
OCH3
H
HH *
(R)
+
RIDUZIONE
H2, cat.
idruro
(a) oppure (b)
[H] NH3
RC
R
O
R CH ROH
R CH2 R
R CH RNH2
R CH ROH
(a) Zn(Hg), HCl Clemmensen(b) NH2NH2, OH-, Δ Wolff-Kischner
idruro = NaBH4, LiAlH4
meccanismi:
NaBH4 ADDIZIONE NUCLEOFILA Nu: = H-
CO
-H BH3
CO
H
BH3-
H+
H2OCOH
H
NH2 NH2
.. ADDIZIONE NUCLEOFILA Nu: = H2N-NH2
CO
NH2 NH2+
H2O
..N NH2C
-OH
ΔCH2N N +
NH3
..ADDIZIONE NUCLEOFILA Nu: = :NH3
CO
+
H2O
..NHCNH3
H2Ni
NH2CH
idrogenazione catalitica
24/05/2012
26
OSSIDAZIONE
HC
R
O [O]
OHC
R
O[O] tutti gli ossidanti già visti con gli
alcooli
R'C
R
O [O]NESSUNA REAZIONE
Saggio di Tollens
Gottfried Tollens
+ Ag(NH3)2OH -+ Ag°
OC
R
O
HC
R
O
specchiod'argento
gli α-idrossichetoni possono dare un saggio positivo:
[-2H] Ag(NH3)2OH
CRO
R'CO
CHROH
R'CO
+ Ag°
REAZIONI IN CATENA LATERALE
α-ALOGENAZIONE
I chetoni vengono alogenati in α al carbonile. La reazione è promossa da basi oppure acido-catalizzata (Le aldeidi vengono ossidate dagli alogeni).
promossa da basi:
+ Br2 + -OH + Br- + H2OCCH2
O
CH3 BrCCH3
O
CH3
+ Br2 + -OH + Br- + H2OO
Br
O
la base si consuma
acido-catalizzata
CCH3
O
CH3
+ Br2 CCH2
O
CH3 Br+ Br- + H+
24/05/2012
27
O O
Br+ Br2 + Br- + H+
l'acido non si consuma
La velocità dell'α-alogenazione (sia in ambiente basico che in ambiente acido) NON dipende dalla concentrazione di alogeno.
meccanismo della reazione promossa da basi:
+ -OHlento
-
- + H2OCCH2
O
CH3C
CH2
O
CH3C
CH3
O
CH3
- + Br-CCH2
O
CH3Br
Br BrCCH2
O
CH3
meccanismo della reazione acido catalizzata:
+ H++
CCH3
O
CH3
H
CCH3
O
CH3
+lento
+ H+CCH2
OH
CH3
CCH2
OH
CH3
H
+:
+
+
CCH2
OH
CH3
Br Br C CH2
OHCH3 Br C CH2
OHCH3 Br
+
C CH2
OHCH3 Br C CH2
OCH3 Br
24/05/2012
28
Con i metilchetoni reazione dell'aloformio
con eccesso di alogeno e NaOH in acqua
-OH, H2O+ I2 + CHI3 -
iodoformio
solidogiallo
CO
O
C CH3
O
meccanismo: -OH
-CCH2
O
RC
CH2
O
R IC
CH3
O
R
Acidità maggiore di quella del metile -OH
- CCH
O
R II
CCH
O
R IC
CH2
O
R III
-OH-
3 atomi di iodio(elettronegativi)
CCI2
O
RC
CHI2
O
RC
CI3
O
R
+ -OH
-
+ :CI3-
CHI3-+C
OR
OC
OR
OHC CI3
OR
OHC
CI3
O
R
I2 ossidante
ATTENZIONE!!! Ci possono essere “falsi positivi”
Si separa; giallo
anche composti diversi dai metilchetoni possono dare lo iodoformio (falsi positivi) se la molecola può essere ossidata dallo iodio a metilchetone
I2 I2 -OH
- CHI3+O CO
HCH3CO
HCH3CH2 OH
I2 I2 -OH
CHI3+-OCO
HCH CH3
OHCH3
C CH3
OCH3
24/05/2012
29
COMPOSTI CARBONILICO α,β-INSATURI
+-
+
-
CH2 CH CHO
CH2 CH CHO
CH2 CH CHO
centro nucleofilo
centro elettrofilo
Con reagenti elettrofili Addizione 1,2 e 1,4
H+ +
++
CH2 CH CHO
CH2 CH CHOH
CH2 CH CHOH
CH2 CH CHOH
Addizione 1,2
CH2 CH CHOH
Cl
Addizione 1,4
CH2 CH CHOH
Cl
CH2 CH2 CHO
Cl
CH2 CH CHO
+ HCl
Con reagenti nucleofili Addizione 1,2 e 1,4
+ HCN- +C N CH2 CH COH
CH3C N
CH2CH2 CO
CH3
C NCH2 CH C
OCH3
meccanismo:
1,4CH2 CH C
OCH3
C N-CH2 CH C
OCH3
C N
- CH2 CH CO
CH3C N
-
HCNC N- + CH2 CH C
OHCH3
C NCH2CH2 C
OCH3
C N
1,2CH2 CH C
OCH3
C N-
CH2 CH CO
CH3C N
CH2 CH COH
CH3C N
-HCN
+ -CN
con nucleofili basi più forti è preferita l'addizione 1,2 (al C=O)
24/05/2012
30
con nucleofili basi più deboli è preferita l'addizione 1,4
CH2 CH CO
CH3+ CH3MgI CH2 CH C
OMgBrCH3
CH3
CH2 CH COH
CH3CH3
CH2 CH2 CO
CH3CNCH2 CH CO
CH3 + HCN
RIDUZIONE di composti carbonilici contenenti C=C
il prodotto dipende dal catalizzatore e dalle condizioni di reazione
CH CH2 CHO
CH3 CH
H2, Ni25°C
CH2 CH2 CHO
CH3 CH2si riduce C=C
H2, Ni, ΔCH2 CH2 CH2
OHCH3 CH2
1. NaBH42. H2O
CH CH2 CH2
OHCH3CH
si riducono entrambi
si riduce C=O
1
ACIDI CARBOSSILCI e DERIVATICaratteristica strutturale di acidi carbossilici e derivati
Caratteristiche Spettrali
Spettrometria di massa
Lo ione molecolare di solito è spesso debole.
La “rottura α” (α-cleavage), lascia il carbocatione acilio (stabilizzato per risonanza):
+.C O
OH
RC OR+
HO.
+ C OR+
CO
Y
Acidi carbossilici
Può essere perso il gruppo –CO2H
+. R. + CO2HR CO2H+
m/z 45
R+
Anche con gli altri gruppi funzionali è favorita la scissione dello ione molecolare che porta al carbocatione acilio
CO
NH2R
+.CO NH2
+R. +
m/z 44
Le ammidi non sostituite sull’N hanno un picco caratteristico a m/z 44
acido butanoico, PM 88
M+
M+
acetato di etile, PM 88
CH3CO+
2
propanammide, PM 73
M+
CO NH2
+
m/z 44
cloruro di butanoile, PM 106
M+ - Cl
anidride benzencarbossilica,
PM 226
CO
+
stretching C=O a circa 1730-1700 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione
IR
stretching C-O
ACIDI CARBOSSILICI
tra 1320 e 1210 cm-1
UV-visibile Analogo a quello di aldeidi e chetoni
stretching O-H banda molto larga a 2400 cm-1, spesso sovrapposta alle bande CH
RCOH
OR C
OH
O
acido butanoico
3
stretching C=O a circa 1735 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con R. La coniugazione con OR’ sposta l’assorbimento verso valori più alti.
IR
stretching C-O
ESTERI
due o più bande tra 1300 e 1000 cm-1
acetato di etile
stretching C=O a circa 1670-1640 cm-1.
IR
stretching N-H
AMMIDI
3500-3100 cm-1 (CONH2 hanno due bande)
propanammide
H CO
NCH3
CH3
4
stretching C=O a circa 1800 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione.
IR CLORURI ACILICI
cloruro di butanoile
cloruro di benzoile
stretching C=O sempre due bande tra 1830 a 1800 cm-1 e tra 1775 e 1740, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con R.
IR
stretching C-O
ANIDRIDI
tra 1300 e 900 cm-1
anidride propanoica
5
IR NITRILI
stretching a circa 2250 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con R.
C N
propanonitrile
benzenecarbonitrile
13C NMR L’effetto -I dell’O ed il campo magnetico generato dagli elettroni π diminuiscono la densità elettronica attorno al nucleo del 13C: molto deschermato
δCOX 180-160 ppm
CO
CO
acetato di etile
acido butanoico CO
CO
propanammide
CO
anidride propanoica
6
1H NMRL’effetto -I dell’O diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1H sul C adiacente: deschermato da 2,0-2,5 (CH3) fino a 3 (CH2, CH) δ
OH (negli acidi arbossilici) fortemente deschermato: 10-15 δ; protone mobile, scambia con D2O
NH (nelle ammidi) deschermato e molto allargato: 6-7 δ; protone mobile, scambia con D2O
acido butanoico
OH
OH
acido benzencarbossilico
anidride benzoicaN-metiletanammide
NH
NH
propanammideacetato di etile
7
ACIDI CARBOSSILCI e DERIVATI
δ+ δ-
C OO
CH
Hsp2
H acido
Caratteristiche:
Nu:
H acido
Acidità del legame O-H
Il C del carbossile subisce attacco da parte dei nucleofili
I protoni in α al carbossile sono relativamente acidi e possono essere sostituiti
H+
δ+ δ-
C OCH
Ysp2
H acido
Caratteristiche:
Nu:
H+
(la sostituzione nucleofila può avvenire con meccanismo base- o acido-catalizzato)
gruppo uscente
δ+ δ-
C NCH
sp
H acido Nu:
H+
♦ sull'O del carbonile (o sull'N del nitrile) si ha protonazione
♦ I protoni in α al carbonile sono relativamente acidi e possono essere strappati con basi forti
♦ Qualche reazione caratteristica delle ammidi avviene sull'N
SOSTITUZIONE NUCLEOFILA
Reazione caratteristica
8
Meccanismo:
lento -+
C OY
R C OYR
NuH Nu: H
sp2
(trigonale planare)sp3
(tetraedrico)
C OR
Nu
sp2
(trigonale planare)
SOSTITUZIONE NUCLEOFILA AL CARBONIO ACILICO
Principali nucleofili::NuH = H2O, ROH, NH3, RNH2, R2NH, RSH, RCO2H
Nu:- = RCO2-, R-, H-
< < < <R
CCl
O
RC
NH2
O
RC
OR'
O
RCO
ORCO
RC
SR'
O
reattività crescente
Questo ordine di reattività è il risultto di più fattori
Basicità del gruppo uscente meno basico: miglior gruppo uscente
Basicità: -NH2 < -OR < -O-C(O)R < Cl-
capacità come gruppo uscente
Risonanza
-
+RC
Cl
O
RC
Cl
O
+
-
RC
SR'
O
RC
SR'
O
-
-
+ +R C
O
O
R CO
R CO
O
R CO
R CO
O
R CO
RC
OR'
O
RC
OR'
O-+ R
CNH2
O
RC
NH2
O-
+
9
il contributo della struttura di risonanza a separazione di carica diminuiscela bontà del gruppo uscente ed è tanto maggiore quanto migliore è la sovrapposizione degli orbitali (cioè con gli elementi della stessa riga).
Effetto induttivoMaggiore è l’effetto ad attrazione elettronica, più positivo è il C carbonilico
più facile è l’attacco del nucleofilo
H2O
H+oppureOH-
CR N
CRCl
O
CRO
O
CRO
CROR'
O
CRNH2
O
CROH
O
REATTIVITA‘ CRESCENTE
R"OH
CRCl
O
CRO
O
CRO
CROR'
O
CROR"
O
REATTIVITA‘ CRESCENTE
REATTIVITA‘ CRESCENTE
NH3
CRCl
O
CRO
O
CRO
CROR'
O
CRNH2
O
10
1. REAZIONE CON H2O
a) Alogenuri aciliciCR
Cl
O+ :OH2
lentoCR
Cl
OOH2
-+
CROH
O
HCl
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
b) Esteri
Gli esteri sono meno reattivi degli alogenuri acilici: l’acqua da sola non reagisce)
-OH, H2O oppure H2O, H+
In ambiente basico Nu = -OH
+ lento
-
+ -OR'CR
OR'
O
OHCROR'
O-:OH CR
OH
O- + R'OHCR
O
O
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
reazione acido-base
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
Nu = H2O
In ambiente acido Nu = H2O
:OH2
lento
+
H+
H2O
+
+CR OR'
OH
OH2
CR OR'O H
CROR'
OCR OR'O H
H+
CROH
O
+ ++
+
+ R'OHCR OR'
OH
OH2
CR OR'
OH
OH
HCR
OH
OHCR
OH
OH
Processo REVERSIBILE Questo significa che in ambiente acido si può idrolizzare un estere ad acido carbossilico
L'idrolisi acida degli esteri è praticamente insensibile agli effetti elettronicidei sostituenti; è invece sensibile agli effetti sterici
ATTENZIONEQuesta insensibilità agli effetti elettronici (induttivo e coniugativo) dei sostituenti è una caratteristica SOLO dell’IDROLISI ACIDA degli ESTERI
è il risultato di effetti opposti, praticamente uguali
11
Lo stadio lento è l’attacco del nucleofilo sull’estere protonato: dipende quindi dalla sua concentrazione, che, a sua volta, dipende dalla basicità dell’estere
K =[RC(O)OHR'+][RCO2R'][H+] [RC(O)OHR'+] = K [RCO2R'][H+]
v = k[RC(O)OHR'+] = kK [RCO2R'][H+]
La reattività dipende dalla costante di velocità dello stadio lento (k) Edalla costante di equilibrio acido-base preliminare (K)
k l'attacco del nucleofilo è favorito dai sostituenti ad attrazione elettronica
K la protonazione di una base è sfavorita dai sostituenti ad attrazione elettronica
Solo nel caso dell'idrolisi acida degli esteri gli effetti hanno valori molto simili, cioè la sensibilità della protonazione e dell'attacco nucleofilo all'effetto dei sostituenti è praticamente la stessa.
Essendo di segno opposto, gli effetti si annullano.
c) Ammidi
Le ammidi sono ancora meno reattive: l’acqua da sola non reagisce)
-OH, H2O oppure H2O, H+
In ambiente basico Nu = -OH
+ -:OHlento
-CR
NH2
OOHCR
NH2
O Ci sono solo CATTIVI gruppi uscenti, -OH e -NH2, ma -OH è più ACIDO di –NH2
-+ -NH2
-:OH --CR
NH2
OOH CR
O
OCR
NH2
OO
-
+ NH3-CRO
OH2O
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
reazione acido-base
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
12
In ambiente acido Nu = H2O
CRNH2
O
:OH2
lentoCR NH2
OH
OH2+
H+
H2O CR NH2
O H+
CR NH2
O H
+
CR NH2
OH
OH
HCR NH2
OH
OH2+ + CR
OH
OH+ CR
OH
OH
++ NH3
CROH
O+ NH4
+
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
d) Anidridi Nu = H2O
Le anidridi sono più reattive di esteri ed ammidi: basta l’acqua da sola
:OH2+
-+
R CO
O
R CO
R CO
O
R C
O
OH2
R C
O
OH2
++ R C
O
O
-
R CO
O
R CO
OHH
+
-
R COH
O2
e) NitriliI nitrili sono poco reattivi (meno delle ammidi): l’acqua da sola non reagisce)
-OH, H2O oppure H2O, H+
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
13
In ambiente acido Nu = H2O
H+ ++: +
:OH2 +
CR N CR N H CR N H CR N HOH2lento
H+ +tautomeria H+
CR N HOH
CR NH2
OPROSEGUE con l'idrolisi acida delle ammidi
:OH2 +
H+
H2O
+
+CR
NH2
OCR NH2
OH
OH2
CR NH2
O HCR NH2
O H
+ + +
++ NH3CR NH2
OH
OH
HCR NH2
OH
OH2
CROH
OHCR
OH
OH
+ NH4+CR
OH
O
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
2. REAZIONE CON ALCOOLI
a) Acidi carbossiliciIn ambiente acido Nu = R’OH
:
lentoCROH
OHOR'H
+CROH
O H+
CROH
O H+
O R'H
CROH
OH++ +
+H+H2O +
+
+
+CROH2
OHOR' CR
O
OR'CRO
OR'
H
CROH
OR'
La reazione intramolecolare è facile, se si formano anelli stabili (5 e 6 termini)
CHROH
CH2 CH2 COH
O
γ
:Δ CH
R
OCH2
CH2 OC
H2O + γ-lattoneH+
14
δ
:Δ
H2O +δ-lattone
H+CHROH
CH2 CH2 COH
OCH2
CHR
OCH2
CH2
OCH2 C
se l'OH è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della chiusura di un anello teso
ββ-eliminazione
H+CHR CH C
OH
O
CHR
O
CH2 OC
CHROH
CH2 COH
O Δ
H+Δ+ H2O
α
2
lattide
CH CO
O
CHR
OC
O
RCCHR
OH O
OH
C CH ROH
O
OH
se l'OH è più lontano dal carbossile, il prodotto dipende dalle condizioni di reazione
in soluzione molto diluita:
Δ
H+CH2 CCH2
O
OHCH2CH2
OHCH2CH2 O
O
Δ
H+n ( )
n
+ n H2O
CH2 CCH2O
OHCH2CH2
OHCH2 CH2
CH2 CCH2
OCH2CH2O CH2 CH2
in soluzione concentrata:
b) Alogenuri acilici
CRCl
OCRCl
OOR'H
CROR'
O
+ HOR'
lento-
+
HCl
..
E’ opportuno effettuare la reazione in presenza di una base (per HCl)
15
es.:
+ CH3CH2CH2OH+ Cl-
+C
OCH2CH2CH3
ONC
Cl
O
NH
c) Anidridi
HOR'+
-
+..
R CO
O
R C
O
OR'H
R CO
O
R CO
++
-R C
O
OR'H
R CO
O+R C
OH
OR C
O
OR'
+
-
R CO
O
R C
O
OR'H
d) Esteri TRANSESTERIFICAZIONE
In ambiente basico Nu = -OR’’
+ -:OR"lento -
+ -OR'CROR'
OCR
OR'
OOR" CR
OR"
O
In ambiente acido Nu = R’’OH
:
lento
+
H+
R"OH
+
+CR
OR'
OCR OR'
OH
OR"H
CR OR'O H
CR OR'O H
O R"H
++
+
H++ R'OH CR
OR"
OCR OR'
OH
OR"
HCR
OH
OR"CR
OH
OR"
16
e) Ammidi Essendo meno reattive, richiedono condizioni di reazione troppo energiche per essere utili
REAZIONE CON AMMONIACA ED AMMINE3.
a) Acidi carbossilici
+ :NH3 - NH4+CR
OH
OCR
O
O
reazione acido-base
Scaldando il carbossilato di ammonio solido:
CRO
O- NH4
+(solido)
ΔCR
NH2
O+ H2O
CR
OH2
ONH2CR
O
O- NH4
+ CROH
O+ :NH3 CR
OH
ONH3
-+
-
+
CRNH2
O+ H2O
Meccanismo:
con NH3
con ammine primarie
+ RNH2 - RNH3+
- (solido) Δ + H2ORNH3+
CROH
OCR
O
O
CRO
OCR
NH
O
R
-
-+
-
+
+ H2O
RNH3+
+ RNH2CRO
O
CR
OH2
ONH R
CROH
OCR
OH
ONH2 R
CRNH
O
R
Meccanismo:
17
con ammine secondarie
+ :NHR2 -R2NH2
+
- (solido) Δ+ H2OR2NH2
+CR
NR2
O
CROH
OCR
O
O
CRO
O
Meccanismo:
-
-+
-
+
+ H2O
R2NH2+
+ :NHR2 CR
OH
ONHR2
CRO
OCR
OH
O
CR
OH2
O
NR2 CRNR2
O
Se si ha un amminoacido con il gruppo amminico in γ o δ al carbossile, la reazione è intramolecolare (si formano anelli a 5 o a 6 termini)
γ
Δ
H++ H2O
γ-lattameCH2 CCH2
OCH
OHNH2R
CH2 CCH2
O
CHNH
R
Δ
δ H+ + H2O
δ-lattame
CH2 CCH2
O
CHR
NHCH2
CH2 CCH2O
OHCHR
NH2
CH2
se l‘NH2 è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della chiusura di un anello teso
H+β
Δ+ NH3
CO
CHR
NH
CH2C
O
OHCHRNH2
CH2
CO
OHCHR CH
β-eliminazione
18
b) Alogenuri acilici
+ :NH3lento
-+
HCl
CRCl
OCR
Cl
ONH3 CR
NH2
O
Meccanismo:
+ 2 :NH3 + NH4+Cl-CR
Cl
OCR
NH2
O
+ 2 R'NH2 + R'NH3+Cl-CR
Cl
OCR
NH
O
R'
+ 2 R'R"NH + R'R"NH2+Cl-CR
Cl
OCR
N
O
R'R"
c) Anidridi
R CO
O
R CO
:NH3+
R CO
O
R C
O
NH3
-+
R CO
O
R C
O
NH2
H+
-
R C
O
NH3
++ R C
O
O
-R C
OH
OR C
O
NH2 +
+ NH3 +OR
O
R
O
R
O
NH2 R
O
OH +NH4
R
O
O-NH3
19
OR
O
R
O
R
O
N R' R
O
O R
O
O-+ R'NH2 +
R'NH2 +R'NH3
OR
O
R
OR
O
N R'R"
R
O
O R
O
O-+
R'R''NH2+ R'R"NH +
R'R''NH
anidride ftalica
+ NH32..
- +NH3+..NH2
O
O
O
O
O
ONH4
NH2
O
OH
OLe anidridi cicliche danno immidi
ftalimmide
Δ
H2ONH
O
ONH
O
O
:B-
BHN
O
O
-base debole, H acido
d) Esteri
+ :NH3lento
-
+ R'OH+
-
+CR
NH2
OCROR'
ONH2
H
CROR'
O
NH3CROR'
O
+Δ + R'OHCR
OR'
ONH2 R" CR
NH
O
R"
+Δ
+ R'OHCROR'
ONH R"R'''
CRN
O
R"R'''
Gli esteri sono meno reattivi di alogenuri acilici e anidridi e perciòbisogna scaldare
20
REAZIONE CON ACIDI CARBOSSILICI E CARBOSSILATI4.
Con questi nucleofili possono reagire solo I derivati acilici più reattivi
a) Alogenuri acilici
+-
-
Cl-CR
O
OCR
Cl
O R ClO
R
C
O
OC
CRO
O
CRO
CRCl
OCR
O
O
CRO
CROH
O+
-R Cl
O
R
C
O
OC
HHCl
+
neutralizzato con una baseman mano che si forma
es:
CH3 CH2 CH2 CCl
O+ CH3 CH2 CH2 C
OH
ON
CH3CH2CH2
CO
O
CH3 CH2 CH2
CO
NH
+ Cl-
b) Acidi carbossilici(SOLO con acidi bicarbossilici in grado di formare anelli stabili)
CCH2
CH2 COH
O
O
OH
CO
CCH2
CH2
O
OH2O
Δ
2. REAZIONE CON TIOLI
a) Alogenuri acilici
CRCl
OSHR' + CR Cl
O
SHR'
-
+ HCl
CRSR'
O
NH
+ Cl-
es:
CH3 CH2 CCl
OCH3 CH2 SH+ N CH3 CH2 C
S
O
CH2 CH3
21
REAZIONE CON COMPOSTI ORGANOMETALLICI6.
con reattivi di Grignard e litioorganici
a) Esteri
+δ- δ+
- +MgX R"OMgX+R' C OR"
OR MgX R' C OR"
O
R
R' CO
R
δ- δ++
- +MgX H2O, H+R MgXR' C
OR R' C R
O
RR' C R
OH
R
da qui prosegue la reazione dei chetoni
i chetoni sono più reattivi degli esteri e perciò si arriva all'alcool terziarioes.:
+H2O, H+
CH2CH3 C CH3
OO
MgBr
2 C OMgBrCH3 C OHCH3
δ- δ++ R"OLi+
- +LiR LiR' C OR"
OR' C OR"
O
RR' C
OR
da qui prosegue la reazione dei chetoni
δ- δ++
- +Li H2O, H+R' C
OR R Li R' C R
O
RR' C R
OH
Rb) Cloruri acilici
δ- δ++
- +MgXMgXCl+R' C Cl
OR MgX R' C Cl
O
RR' C
OR
con accorgimenti sperimentali, è possibile fermare la reazione alla formazione del chetone, altrimenti, si arriva ad alcool terziario
δ- δ++
- +MgX H2O, H+R' C
OR R MgX R' C R
O
RR' C R
OH
R
22
+δ- δ+ LiCl+
+Li
R' C ClO
R Li R' C ClO
RR' C
OR
+δ- δ+
- +Li H2O, H+R' C R
OH
RR' C
OR R Li R' C R
O
R
con cadmioorganici e cuprati organici
Per fermare la reazione a chetone si devono usare:
composti organometallici meno reattivisolo con i cloruri acilici
2 RMgX + CdCl2 R2Cd + MgCl2 + MgX2(R = CH3, alchile primario, fenile)
CdCl2MgBr
Cd
esempio:
+
-
CH3 CH2 CO
ClCH3 CH2 C
OCl CH3 CH2 C
O
Cd
δ- δ++
-R' C
ORR' C Cl
OR' C Cl
O
RR2CuLi
es.:
+C
Cl
O
(CH3)2CuLiC
CH3
O
-78°C
92%
C CH
CH CH3
C ClO
CH3
CH2
CH3
(CH3CH2)2CuLi C CH
CH CH3
C CH2
O
CH3
CH2
CH3
CH3
(feromone delle formiche)
23
RIDUZIONI
a) Con idruro LiAlH4
OHCR
OOHCH2R
LiAlH4CR
Cl
OOHCH2R
LiAlH4CR
OR'
OOHCH2R
LiAlH4CR
NH2
ONH2CH2R
LiAlH4CR N NH2CH2R
Meccanismo:
OCR
O
HH AlH3
- (Li+)+ H2 +O
CRO
AlH3
- (Li+)
Y = Cl, OR', OAlH3-
CRY
O+ -:H CR
Y
OH
-CRO
H + Y-
CRO
H + -:H CR
H
OH
-H2O
CR
H
OHH
Y = NH2
+ -:H
-
-
+ OH-CR
NH
OHH CR
NHHCR
Y
OCRNH2
OH
24
+ -:H-
CR
NH
HH
CR
NH2
H
HH2OCR
NH
H
C NR + -:H C NR
H-
+ -:H C NR
H
H
2- H2O2C NH2R
H
H
Diminuendo la reattività dell'idruro è possibile fermare ad aldeide la riduzione dei CLORURI ACILICI
+ -Li+[(CH3)3CO]3AlHCR
Cl
OC
R H
O
es.:+ -
Li+CH3 CH2 CH2 CCl
O[(CH3)3CO]3AlH CH3 CH2 CH2 C H
O
b) Con idrogeno e catalizzatoreH2, Pt
CR N NH2CH2R
Con catalizzatore disattivato è possibile fermare ad aldeide la riduzione degli ALOGENURI ACILICI
Pd, BaSO4Pd, chinolina
N
+ H2 CR H
OCR
Cl
O
es.:
+ H2Pd C
H
O
CCl
O
N
25
REAZIONI SPECIFICHE DELLE SINGOLE CLASSI DI GRUPPI FUNZIONALI
1. Acidi carbossilici
(a) trasformazione del gruppo OH in buon gruppo uscente
cattivo gruppo uscenteR C
O
OH
Per trasformarlo in buon gruppo uscente si possono utilizzare i reagenti che trasformano -OH in -Cl
+ SOCl2 + HCl + SO2R CO
OHR C
O
Cl
+ PCl5 + HCl + POCl3R CO
OHR C
O
Cl
+ PCl3 + P(OH)33 3 R CO
ClR C
O
OH
esempi:CH3 C
OOH + S ClCl
OCH3 C
OCl + HCl + SO2
Con agenti alogenanti
C OH
O
+ PCl5C Cl
O
+ HCl + POCl3
CH3 CO
OHCH2CH3+ PCl3 CH3 C
OClCH2CH3
+ P(OH)3
Meccanismo con SOCl2:
+ + HClS ClClO
CH3 CO
O S ClO
CH3 CO
OH
+ ++ -CH3 C
OO S Cl
OO S Cl
OCH3 C O CH3 C O
+CH3 CO
Cl O S O
Con diazometano: CH2N2 N NCH2+ -..
: N NCH2:- +
R CO
OH+ N NCH2
:- +
reazione acido-base
R CO
O -N NCH3
++
ottimo gruppo uscenteNu sp3
26
+ R CO
O CH3
N2Con diazometano si formano esteri metilici
Con dicicloesilcarbodiimmide, DCC N C N
+..
N
CN
R CO
O H RCO
O CN
NH NH2 R'
Nu
Addizione nucleofila buon gruppo uscente
-
+
R CO
O CN
NH
NH2R'
R C
O
NH2 R'+
O CN
NH
-+
reazione acido-base
+R C
O
NH R' OH CN
NH
dicicloesilurea
O CNH
NH
La DCC permette di ottenere ammidi dagli acidi carbossilici in condizioni molto blande
b) reazione in posizione α
PBr3, Br2oppureP + Br2
α-alogenazione
CH CO
OHR
Br
CH2 CO
OHR Reazione HVZ
(Hell-Volhard-Zelinski)
PBr3
..
CH2 CO
OHR CH2 C
O
BrR CH C
OH
BrR
Meccanismo:
gli alogenuri acilici enolizzano più facilmente degli acidi carbossilici
Il C=C addiziona Br2
27
CH CBr
OHR
Br
CH COH
BrR
Br
BrCH C
O
BrR
BrBr-+ CH C
Br
OHR
Br
+H+
Quando si lavora la reazione (aggiunta di acqua), il bromuro acilico è più reattivo di quello alchilico. Oppure si possono aggiungere nucleofili
H+
ROH, H+
CH CO
BrR
Br
H2OCH C
O
OHR
Br
CH CO
ORR
BrCH C
O
NH2
RBr
NH3
2. Esteri
Con alcossido (condensazione di Claisen)
+CH3 CO
OCH2CH3
2CH3CH2O-Na+
CH2 CO
O CH2 CH3CH3 CO
CH3CH2OH
L’alcossido DEVE essere identico al gruppo -OR dell’estere
Meccanismo:
CH3 CO
O CH2 CH3
+ CH3CH2O-Na+ CH2 CO
O CH2 CH3
+ CH3CH2OH-(Na+)
reazione acido-base (equilibrio spostato a sinistra)E
Nu
CH3 CO
O CH2 CH3
CH2 CO
O CH2 CH3 CO
O CH2 CH3
CH3 C
O
O CH2 CH3
CH2
+-:
-
(equilibrio spostato a sinistra)
28
CH2
CO
O CH2 CH3CH3
CO
CHCO
O CH2 CH3CH3
CO
+ CH3CH2O- -+ CH3CH2OH
(equilibrio spostato a destra)
CHCO
O CH2 CH3CH3
CO
-(Na+)
H2OCH2
CO
O CH2 CH3CH3
CO
OH-
H più acidi di quelli dell’estere di partenza
E' possibile la condensazione incrociata, quando un solo estere ha H in α:
CH3CH2O-Na1.
2. H++C CH2
C O
O O
CH2CH3CH3 C OO
CH2CH3
C OO CH2CH3
qualsiasi carbanione è in grado di dare condensazione
CH3 C C(CH3)3
O
NH3
NaNH2 H2C C C(CH3)3
O-(Na+)
CH2CO
CCH3 CH3
CH3 -+
CH3CH2O-CH3 C O
OCH2CH3
CH2C C(CH3)3
OCH3 C
O
3. AmmidiCon anidride fosforica, P2O5
RC
NH2
OC NR + H2O
Con con Br2 + NaOH (Trasposizione di Hofmann)
+ Br2 + 4 NaOH R-NH2 + 2 NaBr + Na2CO3 + 2 H2OR C NH2
O
(oppure NaOBr, OH-)
meccanismo
- + H2OR C NHO
+ -OHR C NH2
O
-N-bromoammide
+ +R C NHO
BrR C NHO
Br Br Br-
29
-+ -OH R C NO
BrR C NHO
Br + H2O
-....
..
..nitrene
+ Br-R C NO
Br R C NO
..
..isocianato
R C NO
R N C O
-+ -OHR N C O R N C O
OH H2OR NH C O
OH
--
+ H2O+ -OH- -OH
R NH C OOH
R NH C OOH
OHR NH C O
OH
O-
--
--
++
--
C OOO
R NH2R NH2 C OO
OR NH C O
OH
O
DECARBOSSILAZIONE
a) da carbossilati di metalli pesanti (reazione di Hunsdiecker)
RC
OH
O+ Ag2O
RC
O
O
- Ag+
RC
OH
O+ HgO
RC
O
O
- Hg2+)2
RC
OH
O+ Pb(OCOCH3)4
RC
O
O
- Pb4+)4
RC
O
O-
Ag+ + Br2 (o I2)
R Br + CO2R I( )
Δ
30
meccanismo:
-acil ipobromitoR C O
OBrBr BrR C O
O
inizio...
..
.. :..radicale carbossilato
+ Br:....
.R C O
O:
..
: .. .R C OO
Br
propagazione R.
+R C OO:
..
: .. . O C O
R . + + .... .RCO
OBr R C O
OR Br
b) da β-chetoacidiΔ
+ CO2R
O
OH
OR
O
CH3
Δ#
+
RC
CH2
HO
CO
ORC
CH2
OCO
O
H
RC
CH2
C
O
O
HO
RC
CH2
HO
RC
CH3
O
in ambiente basico:
-+ CO2-
-
RC
CH2
OCO
O RC
CH2
O
RC
CH2
O
31
b) da acidi β-dicarbossilici
+ CO2OH
O
CH3OH
O
OH
O
Δ+
OHC
CH2
HO
OHC
CH2
C
O
O
HO
#
OHC
CH2
OCO
O
H
OHC
CH2
HO
OHC
CH3
O
CO
O
la decarbossilazione è favorita da sostituenti ad attrazione elettronica
COCH2CH3O
CR"O
CH2
COCH2CH3O
CR"O
CHC
OCH2CH3O
CR"O
C
R X
COCH2CH3O
CR"O
CH R
+ CH3CH2O- :--
Na+
(Na+)
sostituzione nucleofila al C saturo
ecc.
c'è ancora un H acido(meno di prima )
H2O, OH- -
idrolisibasica
CO
OCR"O
CHR
neutralizzazione(acido-base)
H+
COH
OCR"O
CHRΔ
decarbossilazione
- K+(CH3)3C O
COCH2CH3O
CR"O
C R:- (K+)
sostituzione nucleofila al C saturo
R1 X
H2O, OH-
idrolisibasica
- H+Δ
CO2
1.2.
COCH2CH3O
CR"O
C RR1 CO
OCR"O
CR
R1
CR"O
CH RR1
CR"O
CH2 R
SINTESI "ACETOACETICA" Sfrutta l'acidità degli H in mezzo a due CO e la facile decarbossilazione dei β-chetoacidi
32
Scegliendo opportunamente il reagente R-X, si possono ottenere chetoni con un altro gruppo funzionale
R-X = α-alogenoesteri
COCH2CH3O
CCH3 O
CH: - + R CHBr
C O
O
CH2 CH3
RCH C O
OCH2 CH3
COCH2CH3O
CCH3 O
CH
1. NaOH, H2O
2. H3O+α
β
γα
β Δ
CO2RCH C OH
OCOHO
CCH3 O
CH RCH C OH
O
CCH3 O
CH2
RCH C OH
OCCH3
OCH2
γ-chetoacido
R-X = α-alogenochetoni
COCH2CH3O
CCH3 O
CH: - 1. NaOH, H2O
2. H3O+CH2 C R
OCOCH2CH3O
CCH3 O
CHCH2Br C R
O
αβ
Δ
CO2
CH2 C ROC
OHO
CCH3 O
CH CH2 C RO
CCH3O
CH2
γ-dichetone
R-X = alogenuri acilici
Non si può usare come base CH3CH2ONa in CH3CH2OH, perché l'alogenuro acilico è molto reattivo (e reagisce con l’etossido ed anche con l'etanolo)
33
NaH
H2
COCH2CH3O
CCH3 O
CH: - + R CCl
O
CH C ROC
OCH2CH3O
CCH3 O
COCH2CH3O
CCH3 O
CH2
1. NaOH, H2O
2. H3O+
Δ
CO2
CH2 C RO
CCH3
Oβ-dichetone
Con una base molto forte (ammide di sodio o di potassio) si possono strappare due protoni.Il dianione può essere fatto reagire con un equivalente di alogenuro alchilico
KNH2
NH3
:-
-..
2 K+:- NH4
+ClC OCH2CH3O
CCH2
O
CH
R
COCH2CH3O
CCH2
O
CHC OCH2CH3O
CCH3
O
CH2
C OCH2CH3O
CCH2
O
CH2
RR X
per la neutralizzazione conviene usare l'acido coniugato del solvente
il β-chetoestere con catena allungata può essere utilizzato in tutte le reazioni viste in precedenza
SINTESI "MALONICA"
Sfrutta l'acidità del metilene tra due funzioni esteree e la facile decarbossilazione degli acidi β-dicarbossilici
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
C
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
C
+ CH3CH2O-:-
-
-propandioato dietilico (malonato dietilico)
"estere malonico"
:-
X
1. H2O, -OH
2. H3O+Δ
CO2
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH R
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH R X C OHO
COHO
CH R COHO
CH2
R
acido acetico α-sostituito
34
1. H2O, -OH
2. H3O+
Δ , - CO2
(CH3)3CO-K+-
3.
C OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CR R'C
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
C:R R' XC OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH R
COH
OCHRR'
acido acetico α,α-disostituito
La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il 3-ossobutanoato di etile (estere acetoacetico)
alogenuri alchilici, alogenuri acilici, α-alogenochetoni, α-alogenoesteri
altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica:
R-X = α,ω-dialogenoalcani COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH+ CH3CH2O- :-Na+ Na+
1. H2O, -OH
2. H3O+
Δ , - CO2
(CH3)3CO-K+-
3.
C OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CR R'C
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
C:R R' XC OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH R
COH
OCHRR'
acido acetico α,α-disostituito
La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il 3-ossobutanoato di etile (estere acetoacetico)
alogenuri alchilici, alogenuri acilici, α-alogenochetoni, α-alogenoesteri
altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica:
R-X = α,ω-dialogenoalcani COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH+ CH3CH2O- :-Na+ Na+
35
a) in eccesso di estere
:-
:-( )nBr CH2 Br ( )nC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CHC
OCH2CH3O
C
OCH2CH3
O
CH CH2
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CHC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH
1) H2O, OH-
2) H+( )n
Δ
2 CO2
( )n
acido bicarbossilico
COH
OCH2C
OH
OCH2 CH2
COHO
COHO
CHC
OHO
COHO
CH CH2
b) in quantità equimolari
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH Br CH2 Br( )n
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH CH2 BrC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
C C Br:-
( )n
CH3CH2O-
( )n:--
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
C (CH2)nC
OHO
COHO
C (CH2)n1) H2O, OH-
2) H+
Δ
CO2
(CH2)n COH
OC n = 2,3,4,5
acidi cicloalcancarbossilici
