ARO001-052

ΑΡΩΜΑΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ARO001

Ladenburg Dewar Benzene Kekule 1865

Εισαγωγή Benzene C6H6 discovered 1825Βενζόλιο C6H6 ανακαλύφθηκε το 1825

Prismane (1973) Made 1963

Resonance structures ∆οµές συντονισµού

H2

∆Ho hydrogenation = 120 kJmol-1 υδρογόνωσης

3 H2

∆Ho hydrogenation = 208 kJmol-1

υδρογόνωσης

CH3

Cl

Cl

Cl Cl

CH3ipso 1

ortho 2

meta 3

para 41,3,5-Trichlorobenzene1,2,4-Τριχλωροβενζόλιο

o-Chlorotolueneο-Χλωροτολουόλιο

NomenclatureΟνοµατολογία

Isolated from Coal TarΑποµονώθηκε από πίσσα καρβούνου

ARENES - ΑΡΕΝΙΑ

R

RR

R

Br2alkeneαλκένιο

R

R

RR

Br

Br

AdditionΠροσθήκη

Br2

BrBr HH Br

Br2

Substitution RxnsRxns Υποκατάστασης

arenesαρένια

Substitution YESΥποκατάσταση ΝΑΙ

Addition NOΟΧΙ Προσθήκη

Classical Valence Bond resonance structuresΚλασσικές δοµές συντονισµού ∆εσµού Σθένους

Dewar Contributions Less ImportantΕισήγηση Dewar Λιγότερο Σηµαντική

Kekule ContributionsΕισήγηση Kekule

120 x 3 = 360 NOT 208 ! 152kJmol-1 = Empirical Resonance stabilisation energy Εµπιρική ενέργεια σταθεροποίησης µε συντονισµό

HybridΥδρίδιο

Ambiguous value

AROMATIC CHEMISTRY ARO002

. .

. .

Energy Ενέργεια

Non bondingΜη δεσµικό

Anti bondingΑντιδεσµικό

Bonding∆εσµικό

Frost-Musulin Diagrams - ∆ιαγράµµατα Frost-Musulin

Cyclooctatetraene COTΚυκλοοκτατετραένιο

Bicyclo[4.2.0]octatrieneδικυκλο[4.2.0]οκτατριένιο

133.4 pm

146.2 pm

Non bonding-Μη δεσµικόAnti bonding-Αντιδεσµικό

Bonding-∆εσµικό2_

Huckle Aromaticity Rule 4n+2 π electrons (planar)4n π electrons = "antiaromatic" (nonplanar)

2+

2 e-

SbF5 / SO2ClF

-78 oC+ 2 e-_

OX

Li / THF

-78 oC

RED

2+ 2-

Planar Επίπεδο

NonplanarΜη επίπεδο

PlanarΕπίπεδο

n = 1, 4n+2 = 6 n = 3, 4n = 8 n = 2, 4n+2 = 10

e- must be spin paired for planarity & aromatic stabilisation / τα e-πρέπει να ζευγαρωθούν για επιπεδότητα & σταθεροποίηση της αρωµατικότητας

HUNDS RULE e- must enter orbitals of same energy singly, prior to pairing & with parrallel spinsΚανόνας HUNDS τα e- πρέπει να µπούν σε τροχικά ίσης ενέργειας, προτερεότητα στο ζευγάρωµα & παράλληλα spins

Based on Quantum MechanicsΒασισµένος σε Κβαντική Μηχανική

Degenerate energy levels (ie of equal energy)Αναγεννηµένα ενεργειακά επίπεδα (ίσης ενέργειας)

Single Highest energy levelΥψηλότερο απλό ενεργειακό επίπεδο

Single Lowest energy levelΧαµηλότερο απλό ενεργειακό επίπεδο

Non-bonding energy levelsΜη δεσµικά εναργειακά επίπεδα

Huckle Energy Levels for Regular Planar Polygonic molecule

Επίπεδα ενέργειας Huckle για κανονικά Επίπεδα Πολυγωνικά µόρια

BenzeneΒενζόλιο

Cyclooctatetraene COTΚυκλοοκτατετραένιο

If TRUE & COT planar thenΑν αληθεύει & το COT είναι επίπεδο

Triplet diradical !!

Possible strong interaction between spin parrallel e- which should REPEL

Πιθανή ισχυρή αλληλεπίδραση µεταξύ e- παράλληλου spin τα οποία πρέπει να ΑΠΟΘΟΥΝΤΑΙ

In reality Non planarity gives different MO energy level diagram, lose degeneracy of non bonding MO's.

Στην πραγµατικότητα Μη επίπεδότητα δίνει διαφορετικό διάγραµµα MO ενεργειακών επιπέδων, εξάληψη εκφυλισµού των µη δεσµικών MO's.

Κανόνας αρωµατικότητας Huckle 4n+2 π ηλεκτρόνια (επίπεδο) 4n π ηλεκτρόνια = "αντιαρωµατικό" (µη επίπεδο)

AROMATIC CHEMISTRY ARO003Electrophilic Substitution Ηλεκτροφιλική υποκατάσταση

R++ H+

H R δ+

T1δ+

+δ H R

T2δ+

H R

+

+ R+

+ H+

R

∆G#

∆Gointermediateενδιάµεσο

Reaction Coordinate Πρόοδος της Αντίδρασης

R

∆G

Sigma complexΣύµπλοκο SigmaArenium ionΙόν ΑρενίουWheland IntermediateΕνδιάµεσο Wheland

+ R+C6H6 [C6H6.....R]+

Transition State T1Στάδιο Μετάπτωσης T1

H R

+

intermediate Ενδιάµεσο

[C6H5R.....H]+

Transition State T2Στάδιο Μετάπτωσης T2

+ H+C6H5R

B

Sigma complexΣύµπλοκο SigmaArenium ionΙόν ΑρενίουWheland IntermediateΕνδιάµεσο Wheland

H R

+

H R

+

H R

+

Hammond Postulate "If two states occur consecutively during a reaction process and have nearly the same energy content, there introconversion will involve only asmall reorganisation of molecular structure" 1955

Hammond Postulate " Αν δυο στάδια συµβαίνου διαδοχικά σε µια αντίδραση και έχουν σχεδόν την ίδια ενέργεια, η ενδοµετατροπή τους θα περιλαµβάνει µόνο µικρή επαναδιοργάνωση της µοριακής δοµής " 1955

AROMATIC CHEMISTRYElectrophilic Substitution Ηλεκτροφιλική Υποκατάσταση

H H

+SbF5 / H2SO3F

SO2ClF - SO2F2

120 C_1H NMR visible

Ορατό στο 1H NMR

H H

+HF / BF3

Crystallisable solidΚρυσταλλικό στερεό

BF4_

ARO004

D D

D

D NO2

+

D

D D D D

D

NO2D

D D D D D D

H H

H

H NO2

+

H

H H H H

H

NO2H

H H H H H H

NO2+

slowαργόkD

NO2+

slowαργό

kH

fastγρήγορο

fastγρήγορο

_

_

kH

D+

H+

kD

BUT NOT ALWAYS !! Friedel Crafts Acylation ∆G T2 > T1ΟΧΙ ΠΑΝΤΑ!! Ακυλίωση Friedel Crafts ∆G T2 > T1

CT complexes σύµπλοκαLewis acids Οξέα LewisHalogens ΑλογόναTCNE1,3,5-Trinitrobenzene1,3,5-Τρινιτροβενζόλιο

I2I

I δ-

δ+

π-complexesπ-σύµπλοκο

V. WEEK BONDΠΟΛΥ ΑΣΘΕΝΗΣ ∆ΕΣΜΟΣ

Common Electrophilic ReactionsΚοινές Ηλεκτροφιλικές Αντιδράσεις

ARO005

NITRATIONΝΙΤΡΙΩΣΗ E+ = NO2

+ nitronium ion - ιόν νιτρονίου

HNO3 + 2H2SO4 NO2+ + H3O+ + 2HSO4

-

Must use stronger acid than HNO3Πρέπει να χρησηµοποιηθεί ισχυρότερο οξύ από το HNO3

H NO2

+

NO2H

NO2+

_HSO4

-

SULPHONATIONΣΟΥΛΦΩΣΗ E+ = sulfur trioxide - τριοξείδιο του θειου

2H2SO4 SO3 + H3O+ + HSO4-

cH2SO4 ca 80 oC, or oleum = SO3 in H2SO4

ή ελαιώδες

H SO3

+

SO3HH

HSO4-

H2SO4

OS

O

O

+

_

OS

O

O

+_

OS

O

O

+_

_ SO3_

H2SO4

HSO4-

Benzenesulphonic acidΒενζοσουλφονικό οξύ

H2SO4

SO3

SO3

AROMATIC CHEMISTRYCommon Electrophilic ReactionsΚοινές Ηλεκτροφιλικές Αντιδράσεις

ARO006

HALOGENATIONΑλογόνωση

E+ = X = Cl or Br

X2 + MX3 [X+.....MX4-]

H X

+

XH

HX, MX3_

MX4-

ALKYLATION & ACYLATION (FRIEDEL CRAFTS)ΑΛΚΥΛΙΩΣΗ & ΑΚΥΛΙΩΣΗ (FRIEDEL CRAFTS)

R-X + FeX3 R---X---FeX3

C(CH3)3COCH3

dihalogenµοριακό αλογόνο complex

σύµπλοκοLewis AcidΟξύ Lewis

[X+.....MX4-]

MX3 = AlCl3, FeBr3 etc

_ MX4-

X+

CH3COCl

AlCl3

(CH3)3CCl

FeCl3

t-Butylbenzenet-Βουτυλοβενζόλιο

AcetophenoneΑκετοφαινόνη

δ+ δ-R = alkyl, acrylX = Cl or Br

H R

+

RH

R---X---FeX3

δ+ δ-

+ FeX4_

+ HX + FeX3

ARO007

ALKYLATION & ACYLATION (FRIEDEL CRAFTS)

CH(CH3)2

AlCl3+ O

O

O

O

O

OH

+HF

CumeneΚουµένιο

3o > 2o > 1o

CH(CH3)2

+AlBr3

Br

+

CH2CH2CH3

majorκυριο

minorδευτερεύον

FormylationΦορµυλίωση

+ HCOFBF3

CHO

+ CO + HClAlCl3

Gatterman-Koch Reaction

Industrial route to benzaldehydeΒιοµηχανική παρασκευή βενζαλδεύδης

AROMATIC CHEMISTRYCommon Electrophilic ReactionsΚοινές Ηλεκτροφιλικές Αντιδράσεις

ARO008FormylationΦορµυλίωση

Vilsmeier Reaction

Me2NCHO + POCl3_ Cl

_Me2N+=CHO(POCl2)

_ Cl_

_ PO2Cl2_

X

NMe Me

ClH

+

X

H

Cl

NMe2

+

Cl_

PO2Cl2_

_ HOP(O)Cl2X

_ Cl_

NMe2Cl

X

NMe2+

H2O

X

O

Houben-Hoesch Synthesis of Ketones Σύνθεση Κετόνων

X X

H

R

NH

+

Cl_ X

NH2RC NRH +

+

R

HCl / ZnCl2

Me2N+=CHCl

AROMATIC CHEMISTRY ARO009

Electrophilic Metallation ReactionsΗλεκτροφιλικές αντιδράσεις µετάλλωσης

_ TlOCOCF3

X

I

X X

TlOCOCF3F3COCO

Mercury and thallium insertionΕισαγωγή υδράργυρου και Θάλιου

F3COCOTl

(OCOCF3)2

_ CF3CO2_

_ H +

KI

X

_ CF3CO2K

_

Tl IK+

OCOCF3

F3COCO

Meisenheimer type complexΣύµπλοκο τύπου Meisenheimer

GOOD for I or CN insertionΚΑΛΟ για εισαγωγή I ή CN

ARO010ORIENTATION OF ELECTROPHILIC SUBSTITUTION RXNSΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΕΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΦΙΛΙΚΗΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

Ph-X

X = NO2

X = Me

X = OMe

X = OH

Product CompositionΣύνθεση Προϊόντων

ortho

7

62

71

55

meta

88

5

1

1

para

1

33

28

45

Reaction ConditionsΣυνθήκες Αντίδρασης

HNO3 / H2SO4 / 100 oC

HNO3 / H2SO4 / 25 oC

HNO3 / Ac2O / 10 oC

HNO3 / H2O / 20 oC

NO2+

X X

+NO2

X

NO2

+

X

NO2

StatisticallyΣτατιστικά

2 2 1: :

Through bond INDUCTIVE effects less important than RESONANCE effectΕπαγωγικά φαινόµενα πιο σηµαντικά από το φαινόµανο συντονισµού

Ph-X

X = OH

X = Me

X = H

X = I

X = Cl

X = NO2

X = N+Me3

Relative ratesΣχετικές σταθερότητες

1000

25

1

0.2

0.03

6 x 10-8

1 x 10-8

Difficult to consider Transition states∆ύσκολο να λυφθούν υπ’ όψην Στάδια Μετάπτωσης

Assume TS similar to Sigma Complex !Υποθέτονται TS παρόµοια µε σύµπλοκα Sigma

ARO011ORIENTATION OF ELECTROPHILIC SUBSTITUTION RXNSΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΦΙΛΙΚΗΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

NO O+

_

HR

+

NO O+

_

HR +

NO O+

_

+

NO O+

_

+R

HR

H

NO O+

_

+

H R

NO O+

_

+

H R

ortho

meta

para

EWG in conjugation with + ve charge results in higher energy sigma complex

EWG σε συζυγία µε το θετικό φορτίο δίναι ψηλής ενέργειας sigma συµπλόκο

Therefore o- and p- disfavouredΈτσι ο- και p- δεν ευνοούνταιm- favoured ευνοείται

PhNO2 + R+

∆G

Reaction CoordinateΠρόοδος της αντίδρασης

o- & p-

m-

C=O, O=SO2H and CN also have higher internal energies of o- / p- sigma complexes therefore these formed more slowly !! Meta directing.C=O, O=SO2H και CN επίσης έχουν ψηλές εσωτερικές ενέργειες o- / p- sigma συµπλόκων έτσι σχηµατίζονται πιο αργά!! Κατεύθυνση Meta.

ARO012

Kinetic vrs Thermodynamic ControlΚινητική vrs Θερµοδυναµικού Έλεγχου

T1B

T1A

∆G

Reaction Coordinate Πρόοδος Αντίδρασης

A

B

Compound A forms FASTER than BΟι ένωση Α σχηµατίζεται ΓΡΗΓΟΡΟΤΕΡΑ από τηνΒ

Lower Energy BarrierΧαµηλότερο ενεργειακό εµπόδιο

Compound B more stable than AΒ σταθερότερη από την Α

Given enough TIME and TEMPERATURE compound B becomes MAJOR product

IPSO SUBSTITUTION - ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ IPSO

SiMe3

HCl

H SiMe3

+

Cl_

Me3SiCl_

H

Intramolecular Rearrangement possibleΠιθανή ενδοµορική αναδιάταξη

Trapping of arenium ion possibleΠιθανή παγίδευση ιόντος αρενίου

Me

NO2+ OAc-

Me NO2

+

AcO_

MeMe Me

Me NO2Me

AcO H

Me

AcO

_ HNO2

1,4-Elimination1,4-∆ιάσπαση

Σε περισσότερη ΩΡΑ και ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ η ένωση Β γίνεται το κυριο προϊόν

ARO013BIRCH REDUCTION - ΑΝΑΓΩΓΗ BIRCH

R

M

_ M+

XOH

R

_

.

radical anionριζικό ανιόν

_ XO_

R

.

M _ M+

H

H

R

_H

HXOH

_ XO_

R

H

H

H

H

1,4-dihydrobenzene preferedΠροτιµάται 1,4-διυδροβενζόλιο

in NH3 (l) & ROH and M = Li or Na

SET

If R = EDG then kSET

If R = EWG then kSET

If R = EDG

If R = EWGR

Na, NH3 (l)

EtOH

H R

H H

ARO014Nucleophilic Aromatic SubstitutionΠυρηνοφιλική Αρωµατική Υποκατάσταση

Aryne FormationΣχηµατισµός Αρυνίου

BrH

NH2

NH2* * *+

i) NH2

ii) H+

_*KNH2

NH2_

BenzyneΒενζύνιο

+ NH3 + Br_

E1CB

1 : 1

FLi

F

Li/Hg

Et2O

LiF_Br

Cl

NaOH / H2O

350 oC

NaOH

OH

2

Biphenylene∆ιφαινυλένιο

+

TriptyceneΤριπτυκένιο

AnthraceneΑνθρακένιο

ARO015Nucleophilic Aromatic SubstitutionΠυρηνοφιλική Αρωµατική Υποκατάσταση

Cl

ClNaOH

_

Cl

Cl∆

ClCl

OH

Cl

Cl

Cl

OH

Cl

Cl

_ Cl_

Inductive stabilisation of Meisenheimer ComplexΕπαγωγική Σταθεροποίηση του συµπλόκου Meisenheimer

Cl

O2N NO2

NO2

MeO_

_

NO2

O2N NO2

Cl OMe OMe

NO2

NO2

_ Cl_ O2N

_

NO2

O2N N 2

MeO OEt

EtOEtO_ _ _

EtO_

EtO_ _

OEt

NO2

NO2

O2N

Meisenheimer Complex = -ve charged σ-complexΣύµπλοκο Meisenheimer= αρνητικό φορτίο σ-σύµπλοκο

NO SN1 or SN2 !!

O

ARO016ArylalkanesΑρυλαλκάνια


CH3CH3 CH3

XylenesΞυλένιο

TolueneΤολουόλιο

Mesitylene Μεσιτυλένιο Durene Ντουρένιο

H+

CH3

Friedel Crafts, followed by reduction, cf. Clemmensen or Wolf KishnerFriedel Crafts, ακολουθεί αναγωγή, cf. Clemmensen ή Wolf Kishner

Synthesis Σύνθεση

CH3

CH3

H3C

H3C

CH3H3C

1,3,5-Trimethylbenzene1,3,5-Τριµεθυλοβενζόλιο

1,2,4,5-Tetramethylbenzene1,2,4,5-Τετραµεθυλοβενζόλιο

OHR

R

R

OHH+

KOH/EtOH

BrR R

Br

KOH/EtOH

Alkenylalkanes via Dehydration, or dehydrohalogenationΑλκενυλαλκάνια µέσω Αφυδάτωση ή Αφυδραλογόνωση

StyreneΣτυρένιο

CH2=CH2

EthenylbenzeneΑιθενυλοβενζόλιο

Styrene Στυρένιο

H3PO4

CrO3/Al2O3

600 C

dehydrogenationαφυδάτωση

R.

PhCH=CH2 R

Ph.

PolystyreneΠολυστυρένιο

Self polymerisation of styreneΑυτοπολυµερισµός του Στυρενίου

R. radical initiator attacks β carbon to give stable benzylic radical

R. εκκινητής ριζών, προσβάλλει το β άνθρακα δίνοντας σταθερή βενζυλική ρίζα

ARO017Arylalkanes Αρυλαλκάνια

.R R.

Electrophilic addition also β gives benzylic cationsΗλεκτροφιλική προσθήκη επίσης β δίνει βενζυλικά κατιόνταMarkownikoff Addition: Most stable carbocationΠροσθήκη κατά Markownikoff: Πιο σταθερό καρβοκατιόν

R+ R+

R

.R

.

R R

+ +

Resonance stabilisation of benzylic radicals and cationsΣταθεροποίηση βενζυλικής ρίζας και κατιόντος µε δοµές συντονισµού

R+ R+

Nu RNu

_

Nucleophiles add αΤα πυρηνόφιλα προστίθονται στον α

major contributionκύρια συνεισφορά

HBr H+

Br

Br_

1-Bromoethylbenzene1-Βρωµοαιθυλοβενζόλιο

Example Παράδειγµα

Kharasch peroxide effect, reverses normal ionic regioselectivityΕπίδραση υπεροξειδίου Kharasch, αναιρείται η ιονική τοποεκλεκτικότητα

In, HBr Br.

Br_

2-Bromoethylbenzene2-Βρωµοαιθυλοβενζόλιο

Br

In. + HBr InH + Br

Br

Br

O OHH2/Pt

20 C / 2 atm

Br2

H2O2

Styrene oxideΟξείδιο Στυρενίου

PhLi

H2SO4

trans-Stilbenetrans-Στιλβένιο

ARO018Aromatic halidesΑρωµατικά αλογονίδια

X

X

X

Nomenclature Ονοµατολογία

halobenzeneαλογονοβενζόλιο

cf chlorobenzene, bromobenzene, iodobenzeneβλ. χλωροβενζόλιο, βρωµοβενζόλιο, ιωδοβενζόλιο

1- or α-halomethylbenzene1- ή α-αλογονοµεθυλοβενζόλιοbenzyl halideβενζυλαλογονίδιο

X

benzal halideβενζαλαλογονίδια

X 2- or β-haloethylbenzene2- ή β-αλογονοαιθυλοβενζόλιο

CX3trihalomethylbenzeneτριαλογονοµεθυλοβενζόλιο

benzotrihalideβενζοτριαλογονίδιο

Synthesis - ΣύνθεσηAryl halidesΑρυλαλογονίδια

aryl halides αρυλαλογονίδια

ClCl2

LA

N2+X-Cl_

Arylalkyl halidesΑρυλαλκυλαλογονίδια

(X = Cl or Br)R

OHR

X

XY = POCl3, PBr3, HBr, etc

Benzyl chloridesΒενζυλοχλωρίδιο

chloromethylation, CH2O & HClΧλωροµεθυλίωση

or chlorination of tolueneή χλωρίωση τολουολίου

Cl2hν

2Cl.

CH3

Cl_ HCl

CH2.

.Cl2

_ HCl

CH2Cl

Cl_ HCl

CHCl.

. Cl2_ HCl

CHCl2

Cl_ HCl

CCl2.

. Cl2_ HCl

CCl3

sunlight or radical initiatorακτινοβολία ή εκκινητής ριζών

benzyl chlorideβενζυλοχλωρίδιο

benzal chlorideβενζαλοχλωρίδιο

benzotrichlorideβενζοτριχλωρίδιο

Et

Cl2

hν

Br2

hν

Br Cl

+

Cl

56% 44%onlyµόνο

Cl. more reactive than Br

. so less regioselective

Cl. πιο δραστικό από το πιο Br. τοποεκλεκτικό

XYn n

n = 0,1,2.......

ARO019Aromatic halidesΑρωµατικά αλογονίδια

Li X MgX

Reactions - Αντιδράσεις

Mg

MgBr

Li

X = Br or I

CO2H

CH(OEt)2CH(OH)R

i) CO2

ii) H+

i) RCHO

ii) H+

RHN RO

H+

H2O

HO

H+

H2O

i) RCN

ii) H+

Attention!!! Grignards strong bases Προσοχή!!! Τα αντιδραστήρια Grignards είναι ισχυρές βάσεις

HR

HO

MgAr Br

_ ArH

HR

OMgBrR1CH2CHO

H+

OHR

H

R1

O

Metallation via SET mechanism Μετάλλωση µέσω SET µηχανισµό

R-X + Mg R-X.-

Mg.+ R

. + Mg

.+X- RMgX

Covalent bond!Οµοιοπολικός ∆εσµός!

Aggregates.... Solvant importantΑιωρήµατα....Σηµαντική διαλυτότητα

2 ArMgX Ar2Mg + MgX2 Ar2MgMgX2

Et2O THF

Can effect chemistry Μπορούν να επιρεάσουν τη χηµεία

Wurtz-Fittig reactionΑντίδραση Wurtz-Fittig

Ar-X + R-XNa or K Ar-R Poor yields!

Χαµηλές αποδόσεις!_ NaX

Schlenk EquilibriumΙσορροποία Schlenk

Ullman ReactionΑντίδραση Ullman

Ar-I + Cu [Ar-Cu] Ar-Ar

Lithium Copper ReagentsΑντιδραστήρια Λιθίου Χαλκού

Ar-I + R2CuLi Ar-R

ArMgBr + R-BrCu+

Et2OAr-R

Et2OTHF

CH(OEt)3

ARO020Aromatic halidesΑρωµατικά Αλογονίδια


NuSN2

_ NuX

Neighbouring Group Participation NGP !!! Anchimeric assistanceΣυµµετοχή Γειτονικής Οµάδας !!!

+

Nu_X

__

Phenonium IonΙόν Φαινονίου

Triphenylmethyl Cations / radicalsΤριφαινυλοµεθυλικά Κατιόντα / ρίζες

(Ph)3CClSO2 +

+

Cl_

etc

β-Arylethyl halides β-Αρυλαιθυλαλογονίδια

Ag

. O2

(Ph)3C.

H C(Ph)3

Too Bulky to dimerise at methylΠολύ ογκόδες για να διµεριστεί στο µεθύλιο

(Ph)3COOC(Ph)3

ARO021Aromatic alcohols (arylalkanols NOT phenols)Αρωµατικές αλκοόλες (αρυλαλκανόλες ΟΧΙ φαινόλες)

NomenclatureΟνοµατολογία phenylmethanol

φαινυλοµεθανόλη

benzyl alcoholΒενζυλική αλκοόλη

2- or β-hydroxyethylbenzene2- ή β-υδροξυαιθυλοβενζόλιο

SynthesisΣύνθεση

H2O / OH

Phenol Chemistry different∆ιαφορετική η χηµεία της Φαινόλης

Hydrolysis of Benzyl ChlorideΥδρόλυση του βενζυλικού χλωριδίου

OHOH

OHCl_ NaBH4 O

HReduction of benzaldehydeΑναγωγή της βενζαλδεύδης

Or via Grignard ReagentsΉ µέσω αντιδραστηρίων Grignard

O

R

R'M O

R R'_

M+ H2O OH

R R'

R O

R' ArM

Ar O

R R'

_M+

H2O

Ar OH

R R'

R = H, alkyl, or aryl; M = Mg.Br or Li

ReactionsΑντιδράσεις

V. similar to alkanols, alkyl ethers, alkyl estersΠολύ παρόµοιες µε αυτές των αλκανολών, αλκυλοαιθέρων, αλκυλοεστέρων

OxidationsΟξειδώσεις OX

Ar OAr OH Ar O

OHOX

1o

2oOX

Ar OAr OH

R R

Benzylic Carbocation (resonance stabilized)Βενζυλικό Καρβοκατιόν (σταθεροποίηση µε δοµές συντονισµού)

H+

Ar OH2+Ar OH Ar

CH2+H2O1o, 2o, 3o

_ NucAr Nuc

_

If no Nuc then Polymerisation occursΑν δεν υπάρχουν Nuc συµβαίνει πολυµερισµός

Benzyl ethers Protecting Groups Cleaved by: Acid, Hydrogenation over Pd catΒνζυλικοί αιθέρες Προστατευτικές οµάδες ∆ιάσπαση µε: Οξύ, Υδρογόνωση µε κατ.Pd

HXAr OAr O Ar

CH2+ROH_

Ar XR R

X_

H4-MeOC6H4CH2OR V. easy to cleave Πολύ εύκολο να διασπαστεί

ARO022Aromatic Carbonyl CompoundsΑρωµατικές Καρβονυλικές Ενώσεις

AraldehydesArαλδεύδες



V. similar to alkanols, alkyl ethers, alkyl estersΠολύ παρόµοιες µε αυτές των αλειφατικών αλκοολών, αλκυλοαιθέρων, αλκυλεστέρων,

REDOXΟξειδοαναγωγή

REDAr OAr OH Ar O

OHOX

H O H O_

+ H O_

+

H O_

+

H O_

+

Benzaldehyde Resonance forms∆οµές Συντονισµού Βενζαλδεύδης

Deactivated Ring toward E+ & Deactivates C=O towards NucΜη δραστικός δακτύλιος µε E+ & Απενεργοποιεί το C=O σε Nuc

Gatterman-Koch Rxn

Hydrlysis of benzal chloride with alkaliΥδρόλυση του βενζυλικού χλωριδίου µε αλκάλια

CHCl2

HO / H2O_

Cl OH

_ HCl

H O

Vilsmeier Formylation only for electron rich araldehydes, benzene unreactiveΦορµόλυση Vilsmeier µόνο για αλδεύδες πλούσιες σε ηλεκτρόνια, το βενζόλιο είναι αδρανέςPartial reduction of acid chlorides, nitriles and estersΜερική αναγωγή των χλωριδίων οξέων, νιτριλίων και εστέρων

Schiff Base formationΣχηµατισµός βάσης Schiff

less reactive to Nuc than aliphatic aldehydesΛιγότερο δραστικές σε Nuc απ’ ότι οι αλειφατικές αλδεύδες

O

Ar H

RNH2 O

Ar HNH2R+

_OH

Ar HNHR

Ar NR

HH+

_ H2O

OK for 1o amines, hydrazines (RNHNH2), semicarbazide (NH2NHCONH2), hydroxylamine (NH2OH)

ΟΚ για 1o αµίνες, υδραζίνες (RNHNH2), ηµικαρβαζίνες (NH2NHCONH2), υδροξυλαµίνες (NH2OH)

Gives imines hydrazones semicarbazones oximes∆ίνει ιµίνες υδραζόνες ηµικαρβαζόνες οξίµες

ARO023Aromatic Carbonyl Compounds

Araldehydes - Aραλδεύδες


Bisulfite addition - cyanohydrin formationΠροσθήκη NaHSO3 - σχηµατισµός κυανυδρίνης

O

Ar H

NaHSO3 OH

Ar HSO3Na

OH

Ar HCN

Direct formation complicated due to benzoin formationΑπευθείας σχηµατισµός περιπλέκεται από το σχηµατισµό βενζοϊνης

Benzoin FormationΣχηµατισµός Βενζοϊνης

O

Ar H

CN_ O

Ar HCN

_OH

ArCN

_

H2O

ArCHO O

NC

O

HArAr

_H

_ CN_

O

Ar

OH

HArBenzoin

βενζοϊνη

N

NOH

CN

O

H

Me

Me

O

O

__

Deactivated to Nuc additionΑδρανές σε προσθήκη Nuc

Deactivated to E+ attackΑδρανές σε E+ προσβολή

R X

OH

R X

O

O

H

B_

B

_ BH+

_

+

R X

O_

OO

R X

_

OOH

RX

H2O

H

_ H2O

O

XR

X = alkyl (NaOH/EtOH) Claisen-Schmidt

X = O-alkyl (NaOEt) Claisen

X = OCOR (NaOAc / 180 oC) Perkin

X = OEt; R = CO2Et (piperidine / 100 oC) Knoevenagel

Other typical RxnsΆλλες τυπικές Rxns

π-conjugationπ-συζυγίαthermodynamic stabilityθερµοδυναµική σταθερότητα

NaCN

H2O

ARO024Aromatic Carbonyl CompoundsAraldehydesReactionsΑντιδράσεις

Perkin Rxn

R

O O

OR

_

O

ArCH O O

Ar

R

O

RCH2O

_O O

Ar

R

O

OCH2R

_

OO

O

R

Ar

CH2RO

_

(RCH2CO)2O OO

O

R

Ar

CH2RO

O

CH2RH

O O

OR

Ar

R

cyclic intermediate assists dehydration stepκυκλικό ενδιάµεσο βοηθά το στάδιο αφυδάτωσης

Typical conditions NaOAc / 180 oC reflect weak basicity of the acetate anionΤυπικές συνθήκες NaOAc / 180 oC απεικονίζουν ασθενή βασικότητα του οξικού ανιόντος

Use strong base NaH = rxn OK at -5 oCΧρήση ισχυρής βάσης

Cannizzaro Rxn Mutual Oxidation - Reduction Ταυτόχρονη Οξείδωση - Αναγωγή

H

O

Ar

NaOH

HAr

HO O_

H

O

ArAr OH

O

+HAr

H O_

Ar O

O

+HAr

H OH_

Chelation Control assists interm,olecular Hydride transferΈλεγχος ∆ακτυλίωσης βοηθά την ενδοµοριακή µετατόπιση Υδριδίου

Na+

Use of more electrophilic formaldehyde leads to exclusive benzyl alcohol formationΧρήση πιο ηλεκτονιόφιλης φορµαλδεύδης οδηγεί στον αποκλειστικό σχηµατισµό βενζυλικής αλκοόλης

HCHO + ArCHOi) NaOH

ii) H+HCO2H + ArCH2OH

Araldehyde less E+ due to π-conjugation with benzene ringAr αλδεύδη λιγότερο E+ της π-συζυγίας µε το δακτύλιο του βενζολίου

ARO025Aromatic Carbonyl CompoundsAromatic Ketones - Αρωµατικές Κετόνες


Normally prepared by Friedel-Crafts Acylation RxnsΣυνήθως παρασκευάζεται από ακυλίωση Friedel-CraftsOr if Electron rich then by Hoesch RxnΉ αν είναι πλούσια σε ηλεκτρόνια από Hoesch Rxn


V. Similar to Araldehydes, but increased steric and electronic deactivationΠολύ παρόµοια µε Αλδεύδες, αλλά αυξηµένη στερική και ηλεκτρονική απενεργοποίηση

cf IR (C=O)

Ph

O

Acetophenone Ακετοφαινόνην(C=O) 1690 cm-1

O

Acetone Ακετόνην(C=O) 1720 cm-1

Ph

O

Ph

Benzophenone Βενζοφαινόνην(C=O) 1640 cm-1

Benzoin-benzil-benzilic acid rearrangementΑναδιάταξη Βενζοϊνης-βενζίλης-βενζιλικού οξέως

PhPh

O

HO H

HNO3

PhPh

O

O

BenzoinΒενζοϊνη

BenzilΒενζίλη

NaOH

H+

PhPh

O

HO O_

OPh

O

OHPh

_

OHPh

O

OHPh

Benzilic AcidΒενζιλικό Οξύ

Aromatic Acids, Esters & AmidesΑρωµατικά Οξέα, Εστέρες & Αµίδια

Hydrolysis of benzotrichloride Υδρόλυση βενζοτριχλωριδίου

PhCCl3 PhCO2H PhCN

Oxidation of Toluene Οξείδωση Τολουολίου

PhCH3 PhCO2H Commercial source Βιοµηχανική παρασκευήOxidation of benzyl alcohol, or benzaldehydeΟξείδωση βενζυλικής αλκοόλης ή βενζαλδεύδης

PhCH2OH PhCHO PhCO2HReaction of Grignard with CO2Αντίδραση Grignard µε CO2

Synthesis of Benzoic acidΣύνθεση Βενζοϊκού Οξέος

NaOH / H2O NaOH

O2 / Co(OAc)2

KMnO4 [O]

CO2 H+

PhMgBr PhCO2MgBr PhCO2H

ARO026Aromatic Acids,Esters, & Amides

Acidity - Οξύτητα

Rxns of AcidsRxns µε οξέα

RO

O HR

O

O_

RO

O

_ Stability of Carboxylate anion depends on inductive and resonance effectsΗ σταθερότητα των Καρβοξυλικών ανιόντων εξαρτάται από φαινόµενα επαγωγικά και συντονισµού

Electronegativity of C atoms sp > sp2 > sp3

Ηλεκτροαρνητικότητα του C Explains why pKa benzoic acid (4.2) more acidic than acetic acid (4.8)Εξηγεί γιατί το pKa του βενζοϊκου οξέος (4.2) είναι πιο όξινο από του οξικού οξέος (4.8)Acidities not allways predictable

Η οξύτητα δεν είναι πάντα προβλεπτή

SubstituentΥποκαταστάτες

FClBrHO

MeONO2

pKa

o-3.32.92.93.04.12.2

m-3.93.83.84.14.13.5

p-4.14.04.04.64.53.4 XY XY

O OO O

+

_ __

XY = OH, OR, NR2

etc κλπ

A A

O OO O

+

_ __

AB = NO2, SO3H, CHO etc

etc

B B_

Inductive effect greatest at o-, least at p-Μέγιστο επαγωγικό φαινόµενο στην ο-, ελάχιστο στην p-

resonance destabilisation of anionΑποσταθεροποίηση του ανιόντος µε συντονισµό

But o- has steric effect, prevents planarityΑλλά ο- έχει στερικό εµπόδιο, παρεµποδίζει την επι-πεδότητα

Inductive & resonance stabilisation (o-p only)Σταθεροποίηση επαγωγική & µε συντονισµό (µόνο στα ο-p)

ArCO2H + ROHHX

ArCO2R + H2O Esters Εστέρες

ArCO2HPCl3 or SOCl2

Acid Chlorides Χλωρίδια οξέωνArCOCl

ArCOCl + Ar'OHNaOH

ArCO2Ar' + HCl Aryl benzoates Αρυλικοί βενζοεστέρες

ArCOCl + Ar'NH2NaOH

ArCONHAr' + HCl Anilides Ανιλίδες

Schotten-Baumann procedure µέθοδοςBase: NaOH, NaOAc, Py etc etc

Βάση

PhCOCl + NH3 BenzamideΒενζαµίδιο

O NH2 O NH2+_

Benzoyl chlorideΒενζυλικό χλωρίδιο

ARO027Aromatic Carbonyl CompoundsΑρωµατικές Καρβονυλικές Ενώσεις

Directed ortho Lithiation of BenzamidesΚατεύθυνση ortho Λιθίωση Βενζαµιδίων

NR2

O (R'Li)

NR2

O (R'Li)

NR2

O

Li

_ R'H

NR2

O

Y

Y+

Alkyl lithiums aggregate in organic solvents, THF + TMEDA normal solvent systemsΑιώρηµα Αλκυλολιθίου σε οργανικούς διαλύτες, THF + TMEDA συνήθη συστήµατα διαλυτών

TMEDA = tetramethylethylenediamine breaks aggregates down to monomers - dimers basicity τετραµεθυλαιθυλενοδιαµίνη σπάξει τα αιωρήµατα σε µονοµερή - διµερή βασικότητα

regioselectiveτοποεκλεκτική

Y+ = CO2, R'COR, RHal, S8, R2S2, O2 /

H+, ArSO2N3

NR2

O tBuLi / THFTMEDA / -78 oC

NR2

O

NR2

O

D

OMe MeO

Li

D2O

OMeMeO inductively increases acidity of 2-HMeO αυξάνει επαγωγικά την οξύτητα των 2-H Double ortho coordination ∆ιπλή ortho ένταξη2o Amides

2o Αµίδια

CONHRR'Li

N R

O_

1) R'Li

2) Y+CONHR

Y

Oxazole alternativeΟξαζόλες εναλλακτικά CO2H

YH2O

N

O 1) R'Li

2) Y+N

O

Y

H2O

4,5-dihydro-4,4-dimethyl-2-phenylisoxazoles 4,5-διυδρο-4,4-διµεθυλ-2-φαινυλισοξαζόλες

Also Schiff's bases (arylimines) Επίσης βάσεις Schiff's (αρυλαµίνες)

N R 1) R'Li

2) Y+

2-Aryl-1,3-dioxolanes2-Άρυλ-1,3-διοξολάνες

O

O 1) R'Li

2) Y+

N RY

O

O

YCHO

YH2O

H2O

ARO028Aromatic Carbonyl Compounds

Dicarboxylic acids∆ικαρβοξυλικά οξέα

CH3 O2 / Co3+ CO2H

CH3HOAc

CO2H

O2 / V2O5

350-450 oC

o-Xyleneο-Ξυλένιο

Phthalic acidΦθαλικό οξύ

NaphthaleneΝαφθαλένιο

∆

O

O

OPhthalic anhydrideΦθαλικός Ανυδρίτης

plasticizers, glyptal resins, and condensation polymers cf teryleneπλαστικοποιητές, ρητίνες γλυπτάλης και συµπήκνωση πολυµαρών βλ. τερυλένιο

Commercial synthesisΒιοµηχανική Παρασκευή

dehydration αφυδάτωσηCH3

CH3

CO2H

CO2H

Terephthalic AcidΤερεφθαλικό Οξύ

p-Xylenep-Ξυλένιο

O

O

O

NH3 / ∆NH

O

OPhthalimideΦθαλαµίδιο

i) NaOH / H2OCO2H

ii) H+CONH2

Phthalamic acidΦθαλαµικό οξύ

O

O

O

o-Benzoylbenzoic acidο-βενζοϋλβενζοϊκό οξύ

AlCl3+

CO2H

O

AlCl3

O

O

AnthraquinoneΑνθρακινόνη

ARO029Aromatic Sulphonic AcidsΑρωµατικά Σουλφονικά Οξέα

SO3

H2SO4 / 40 C

SO3H SO3

H2SO4 / 90 C

SO3H

SO3HSulphonyl ChloridesΣουλφονυλικά Χλωρίδια

ArSO3RPCl5

(R=H or Na)

ArSO2ClHSO3Cl

ArHor POCl3

ArSO2ORROH

ArSO2ClRNHR'

ArSO2NRR'pyridineπυριδίνη

pyridineπυριδίνη

SulphonatesΣουλφονικοί εστέρες

SulphonamidesΣουλφοναµίδια

(R= aryl or alkyl)

Schotten-Baumann Type Reactions Αντιδράσεις Τύπου Schotten-Baumann

Nitro Compounds and reduction productsΝιτροενώσεις και προϊόντα αναγωγής

ON+

O_ O

N+O

__

+

ON+

O__

+

ON+

O__

+

NO2

CH3NaOEt

NO2

CH2

_

N

CH2

_

O

O+

_

NO2

CH2CH(OH)R H2O

NO2

_CHRRCHO

ARO030Nitro Compounds: ReductionΝιτροενώσεις: Αναγωγή

NO2 [H] NH2

Electrochemical ReductionΗλεκτροχηµική Αναγωγή

Ph

ON+

O_

Pt, PdZn, Sn, Fe + H+

e

Ph

ON

O_..

.e

Ph

ON

O_..

_

Ph

ON

HO_..

Ph

ON..HO

__ e

Ph

ON..

.e

Ph

OHN

H .._

2H+

NitrozobenzeneΝιτοβενζόλιο

PhenylhydroylamineΦαινυλυδροϋλαµίνη

Me

M+._ e_M = Fe or Zn

Azo Compounds-Αζοενώσεις

PhNO2

Zn

NaOHPhN=NPh

AzobenzeneΑζοβενζόλιο

As2O3

NaOHN N

O

Ph Ph

_

+

AzoxybenzeneΑζοξυβενζόλιο NH2NH2/Ru/C

KOH/alcohol

PhNHNHPh HydrazobenzeneΥδραζοβενζόλιο

H+

M2+

PhNHOHHO

_PhNHO

_ PhNOH_

PhN=O + PhNOH_

N NPh

OHO

Ph

_HO

_PhN=N(O)Ph

NitrosobenzeneΝιτροσοβενζόλιο

_

AzoxybenzeneΑζοξυβενζόλιο

YELLOWΚΙΤΡΙΝΟ

Other Azoxybenzene SynthesisΣύνθεση άλλων Αζοξυβενζολίων

ARO031AzoCompoundsAζοενώσεις

PhN=N(O)Ph

AzoxybenzeneΑζοβενζόλιο

Azobenzene synthesisΣύνθεση Αζοβενζολίου

PhNO + PhNH2 PhN=NPhH+

_ H2O

YELLOWΚΙΤΡΙΝΟ

ORANGE REDΠΟΡΤΟΚΑΛΟΚΟΚΚΙΝΟ

AZO DYESΑΖΟ ΒΑΦΕΣ

H2O2

Colour due to increased conjugation, Lower HOMO-LUMO gapΧρωµατιστές λόγο της αυξηµένης συζυγίας, Μικρότερο χάσµα HOMO-LUMO

NN

E-isomerE-ισοµερές

hv

NN

HH

Z-isomerZ-ισοµερές

poor π-overlap, less colourφτωχή π-αλληλεπικάλυψη, λιγότερο χρώµα

less stable in solutionλιγότερο σταθερό σε διαλύµµατα

Acid Catalysed RearrangementsΑναδιάταξη όξινης κατάλυσης

NHOH

H+

NHOH2+

_ H2O

NH NH+

+

H2O

NH2

OH

Bamberger RearrangementΑναδιάταξη Bamberger

Benzidine RearrangementΑναδιάταξη Benzidine

HN NH

HCl / EtOH

20 C

NH2NH

HH+

π-complexπ-σύµπλοκο

NH2

H2N Benzidine 75 %Βενζιδίνη

5,5-sigmatropic rearrangement5,5-σιγµατροπική αναδιάταξη

H2N

H2N H2N

NH2 HN

NH2

p-Semidine 25 %p-Σεµιδίνη

o-Semidine traceo-Σεµιδίνη ίχνη

o- & p- N-(Aminophenyl)anilineso- & p- N-(Αµινοφαινυλ)ανιλίνες

ARO032AnilinesΑνιλίνες


NH2 NH2 NH2 NH2

ToluidinesΤολουϊδίνες

XylidinesΞυλιδίνες

PhenylenediaminesΦαινυλενοδιαµίνες

AnisidinesΑνισιδίνες

NO2Sn/HCl

In, NH4+Cl_

NH2

CH3 CH3

H3C

NH2 OMe

Reduction of Nitro CompoundsΑναγωγή νιτροενώσεων


Pd/C, H2

Pt, H2

Br Br

NO2 NH2

Br

Hofmann DegredationΥποβάθµιση Hofmann

NH2O

KOHNHO_

Br2

NHBrOKOH

NBrO_

Br

CN H2O HN NH2__

O

OH

O

CO2_

Selective ReductionΕκλεκτική αναγωγή

NH2 Na2S2NO2 SnCl2/HCl NO2

MeNO2

MeNO2

MeNH2

ARO033AnilinesΑνιλίνες

BasicityΒασικότητα

NH2 NH2 NH2 NH2 NH2+ + +

_

_

_

pKb 9.4

NH2

NO2

pKa 7.2

NH2 NH3+

CH3

NH2

pKb 3.4

H2SO4

HSO4_

190 C_ H2O

NH2

SO3H

Sulphanilic acidΣουλφανιλικό οξύ

NHR NH2R+

HClCl

_

200-300 C_ HCl

NH2

R o- & p-Alkylanilineso- & p-Αλκυλανιλίνες

NH3+

SO3_

NH2 NH3+

H+

SlowΑργά

NH2

RR+

NH2

RFastΓρήγορα

mainly m- & pκύρια

mainly o- & pκύρια

X2/H2O

NH2

X

X

X

X=Cl or Br

Na2Cr2O7/H2SO4

O

O

viaµέσω

NHX

1,4-benzoquinone1,4-βενζοκινόνη

R+

ARO034Anilines - Ανιλίνες

Anilides - Ανιλίδες

_

90 % HNO3 / H2O_

NHCOCH3

20 CNO2

o- 22 %p- 77 %

NH2

HCOH

NHMe

CH3N

OH CH3N

OH +

N-Acetylaniline Ν-Ακετυλανιλίνη(Acetanilide) (Ακετανιλίνη)

CH3N

OH CH3N

OCl

N-Chloroacetanilide Ν-Χλωροακετανιλίνη

NaOCl HClCH3N

OH

+ Cl2

CH3N

OH

Clp-Chloroacetanilidep-Χλωροακετανιλίνη

sodium hypochlorite υποχλωρικό νάτριοOrton Reaction/Αντίδραση

hv or Radical also works

∆ουλεύουν επίσης hv ή ΡίζεςN-Alkylanilines Ν-Αλκυλανιλίνες

NMe2

pKb = 9.9

N-MethylanilineΝ-Μεθυλανιλίνη

pKb = 9.4

N,N-DimethylanilineΝ,Ν-∆ιµεθυλανιλίνη

NH2

+ MeI or Me2SO4

N CH2

H2/Pt

HNCH3

ClR

ONaOH

RN

OH

LiAlH4RN

HRCOCl/NaOH RN

O

RLiAlH4

RNR

or Na (AcO)3BH3

Reductive AlkylationΑναγωγική Αλκυλίωση

ARO035Anilines Diazonium - ∆ιανονικά Άλατα

NH2

NMe2

NaNO2

HCl

NMe2

H NO

+

_ H+

NMe2

NO

Fischer-Hepp RearrangementΑναδιάταξη Fischer-Hepp

NHMe

NaNO2

HCl

+ NONH

R

base

NMe2

NO

∆

NON

R

[NO+]

+ NON

H

H+N OH

NHN

N

_H+

OH

NNOH2+

_H+

N+

N

N+

N

N+

N_

+

N+

N_

+

ArSH ArSCO2EtH+/H2O

ArN2+X_

ArOH

ArCl

ArI

H2O

Cl_

KIH2O

HCl

Βάση

KSCO2Et

ARO036Anilines Diazonium - ∆ιαζονιακά άλατα

NH2+N N

NHHN

N

_H+

ArN2+X_ + CuX Ar

.+ N2 + CuX2

Ar.

+ CuX2 ArX + CuX

ArN2+BF4

_ ∆ArF + BF3 + N2

NaNO2/Cu+

ArNO2

ArN2+Cl_ + NaOH Ar-N=NOH + NaCl

Ar.

+ PhH Ar-Ph

Gomberg-Backmann Reaction cf. Ullmann ReactionΑντίδραση Gomberg-Backmann cf. Ullmann Αντίδραση

+ N N Ar+ fast

ArH N

Ar

Diazoaminobenzenes

NH2

N N Ar+

+slow

+NH2

H N NAr

NH2

_H+

p-Aminobenzenes

NNAr

γρήγορη

αργή

ARO037PhenolsΦαινόλες

Nomenclature Ονοµατολογία

OH OMe OH OHMe OH

OH OH

OHPhenolΦαινόλη

AnisoleΑνισόλη

o-Cresolο-Κρεσόλη

CatecholΚατεχόλη

ResorcinolΡεσορκινόλη

HydroquinoneΥδροκινόνηOH

OH

OHOH

OH

OH

HOPyrogallolΠυρογαλλόλη

PhlorogucinolΦλορογκουκινόλη

Synthesis: Industrial Βιοµηχανική Σύνθεση

HIn.

O2 / H+

OOH OOH2+

H2O_ O O+

H2O O

+

OH

CumeneΚουµένιο

OH

+O

H+

Cl OH SO3H

p-Cresolp-Κρεσόλη

i) NaOH, H2O

250 C, 1 x 107 Paii) H+

i) NaOH or KOH

230-330 C

ii) H+

Me Me Me

N2X OH

ο-Bromophenolο-Βρωµοφαινόλη

∆

BrBr

via Diazonium saltsµέσω ∆ιαζονικών Αλάτων

Old routesΠαλιές µεθόδοι

H2O


Acidity - Οξύτητα

OH OH OH OH OH OH+ + +

_

_

_

pKa 10 pKa 18

OH

NO2

pKa 7.2

NO2

NO2

O2N

Picric AcidΠικρικό οξύ

OH

pKa 0.8 FeCl3aq NaOH

Litmus

O O O O O_

_

_

_ _

N+O

HO

O_

OH

O

R

Chemical ReactionsΧηµικές Αντιδράσεις

OH OHBr2

CCl4Br

82 %

Br2

H2O

OBrBr

Br Br

NaHSO3

OHBrBr

Br

OH OH20 % aq. HNO3

< 30 C

NO +

OH

NO

HNO3

_ HNO2

OHNO2 +

OH

NO2

via HNO2 "NO+"OH

NOO

NOH


OH OH

HCHONaOH

OHLederer-Manasse ReactionΑντίδραση Lederer-Manasse

CH2OH

o- & p-isomers ισοµερή

H+ OH

OH

OH

BakeliteΒακελίτης

OH OH

CO2

NaOHCO2Na


H+

∆

OH

CO2H

Na = o-

K = p-

CHCl3NaOH

Kolbe processΜέθοδος Kolbe

Reimer-Tiemann Rxn

CCl3_ _ Cl

_:CCl2

OH O

:CCl2NaOH

H2OOH

H

CCl2_ CHCl2 H2O

OHCHO


ONa+

O

H

_

Chelation Control o- > p-Έλεγχος ∆ακτυλίωσης

ONa+

O

H

_ Na+

O

H

_O Cl

Cl

Kolbe Reimer-TiemannLederer-Manasse

Na+ better than K+ Na+ καλύτερο από το K+


OR OR

Gatterman Reaction

CH

o- & p-isomers

OR

CHO

Hoesch (Houben-Hoesch) Reaction

H2O

R1O

_

NH2+

X_

Zn(CN)2

HCl

OR OR

C

o- & p-isomers

OR

H2ONH2+

Cl_

HCl/ZnCl2

R= H, alkyl

R= alkyl

R1CN

R1

O

R1

NH2+

Cl

OH OCOPh

NaOH

Me2SO4

NaOH

OMe

O-Alkylation, Acylation, Sulphonylation

PhSO2Cl, py

OSO2Ph

PhCOCl

OH OCOMe

H2SO4

(AcO)2OCO2H CO2H Aspirin

ARO041Phenols

OHO

R1

O OAlCl2OCOR

Claisen RearrangementΑναδιάταξη Claisen

OAl

O_

R

Cl Cl

+HCl

_AlCl3

OH

O

R

R

OAlCl2+

+ RCO+


Fries Rearrangement/Αναδιάταξη

Thermodynamic vrs kinetic controlΘερµοδυναµικός vrs κινητικός έλεγχοςStabilisation through chelation favours ortho at high temperaturesΣταθεροποίηση µέσω δακτυλίωση ευνοεί ortho σε ψηλές θερµοκρασίες

O

[3,3]-sigmatropic rearangement σιγµατροπική αναδιάταξη

O

H

H+

H+OH

OxidationΟξείδωση

OHOH

OH

OH

Ag2O

Et2O/Na2SO4

OO Na2Cr2O7

30 C/H2SO4

O

O

O_

_ eO.

OH

OH

O

O

[O]

ParaquinoneΠαρακινόνη

p-couplingp-σύζευξηOMe

OMe

FeCl3

CHCl3

OMe

OMe

+

+

.

.Cl

CH3Cl

O

O

_

_ 92%

AlCl3

ARO042Polycyclic ArenesΠολυκυκλικά Αρένια

NaphthaleneΝαφθαλένιο

AnthraceneΑνθρακένιο Phenanthrene

Φαινανθρένιο

ChryseneΚρυσένιο

PyreneΠυρένιο

TetraceneΤετρακένιο

CoroneneΚορονένιο

Naphthalene Ναφθαλένιο

1 (α)

2 (β)

3

45

6

78

1,4-Dihydro-1,4-∆ιύδρο-

1,2,3,4-Tetrahydro-1,2,3,4-Τετραύδρο-

Decahydro-∆εκαύδρο-

TetralinΤετραλίνη

Decalin∆εκαλίνη142 pm

137 pm

140 pm

133 pm

C60 FullereneC60 Φουλερένιο

ARO043NaphthaleneΝαφθαλένιο


+ O

O

OCO2H

O

AlCl3

CO2H

NH2NH2, KOH

HOCH2CH2OH

Haworth Rxn (Friedel Crafts Acylation/Ακυλίωση)

Wolff-Kishner Reduction/Αναγωγή

PPA

O

α-Tetraloneα-Τετραλόνη

RMgBr

R = Alkyl or Aryl

OHR

NH2NH2, KOHHOCH2CH2OH

Pd/C

∆

Η+

R

S8 ∆

R

R

O

O

+

O

O

ROH

OH

RHCl

Diels-Alder Rxn CrO3, H2SO4

O

O

R1,4-Naphthoquinone1,4-Ναφθοκινόνη


Electrophilic SubstitutionΗλεκτροφιλική Υποκατάσταση

Br2/CCl4

∆

COMe

AlCl3, C2H2Cl4

Br

75%93%

Kinetic vrs ThermodynamicΚινητική vrs θερµοδυναµική

+

H E

+

H E

etc

+

etc

H

E

α has two lower energy σ-complexes !!α έχει δυο χαµηλής ενέργειας σ-σύµπλοκα !!

H2SO4

80 oC

H2SO4

160 oC

H SO3H

SO3H

H2SO4

160 oC

96%

86%

MeCOClAlCl3, PhNO2

90%

COMe

MeCOCl


Electrophilic SubstitutionΗλεκτροφιλική Υποκατάσταση

50-70 C

poly substitutionπόλυ υποκατάσταση

+

H E

+

H E

+etc

H

E

HNO3/(AcO)2O

NO2

+NO2

NO2NO2NO2

NO2

+

+

1,8-1,5-

X X +H E

Xetc

X +

H

E

X

+

+etc

H

E

+

etc

+H

E

X X X

H EH EH E

+

X X

C-2 attack faster than C-3C-2 προσβάλλεται ευκολότερα από τον C-3

C-2 & C-4 favoured/προτιµάται


Oxidation & Reductionοξείδωση & Αναγωγή

78 C

Na/EtOH

132 C

Na / iPnOH

H2/catHigh PressureΨηλή Πίεση

1,4-dihydro-1,4-διύδρο-

TetralinΤετραλίνη

Decalin∆εκαλίνη

VO5, 500-600 C, air

OHOH

O

O

O

O

O

O

O

CrO3, AcOH, 25 C

H

H

H

H

H

H

H

H

Cis-DecalinCis-∆εκαλίνη

Trans-DecalinTrans-∆εκαλίνη

bp 195 C

bp 185 C

ARO047NaphthylaminesΝαφθυλαµίνες

Mg NaNH2

NH3

1-bromo-α-βρώµο-

CO2H

Br

1-Naphthyne1-Ναφθύνη

NaNH2 / NH3

NH2

MgBr

"NO2+" Pd/C, H2

NO2 NH2

NHR

NR

NaHSO3

OH O

Bucherer Rxn

OH

_ NaHSO3SO3NaH

H HSO3Na

NaHSO3_

NaHSO3SO3Na

NHR

SO3NaSO3Na

HO NHR

RNH2

RNH2_

H2O_

H2O

via Sodium hydrogen sulphiteµέσω Όξινου θειϊκού νατρίου

(AcO)2O HNO3

AcOH

NHAc NHAc

NO2

NH2

Py

NHAc

+NO2

Et2O

CO2

ARO048NaphtholsΝαφθόλες

i) NaOH / ArN2+Cl

OH

OH

OH

NaOH NaSO3

OH

OH O

OH

ii) H+

SO3Na

300 C

HO SO3Na

___

NNAr

_

i) NaOH / ArN2+Cl

ii) H+

_OH

NNAr

NO NOH

OH O

NO NOH

HNO2

OH HNO2

NO NOHOH O

Nitrous AcidΝιτρώδες οξύ

ARO049AnthraceneΑνθρακένιο

O

O

12

3495

6

78 10

O

O

O


+AlCl3

HO2C

H2SO4

O

O

Zn

9,10-Anthraquinone9,10-Ανθρακινόνη

∆

O

+

O

O

Diels-Alder

CrO3, AcOH

O

O

[O] Pd/CH2

Chemistry ReactionsΧηµικές Αντιδράσεις

9,10-Dihydroanthracene9,10-∆ιυδροανθρακένιο

ARO050AnthraceneΑνθρακένιο

O

O

[O] Pd/C

H2

Chemistry ReactionsΧηµικές Αντιδράσεις

9,10-Dihydroanthracene9,10-∆ιυδροανθρακένιο

Y+

H Y

+

B+

Y

_HB

X_

H Y

X H

Br2

H Br

Br H

Br

Br

Br

_ HBr

_ H2

9-Bromoanthracene9-Βρώµοανθρακένιο

9,10-Dibromoanthracene9,10-∆ιβρωµοανθρακένιο

9,10-Dibromo-9,10-dihydroanthracene9,10-∆ιβρωµο-9,10-διυδροανθρακένιο

HNO3

H NO2

RO H

_ROH

NO2

9-Nitroanthracene9-Νιτροανθρακένιο

ROH

CS20 C

Th(III)OAc, Br2

H

2,7-

H SO3H

HO3S

HO3S SO3HHSO3H

HO3S

HO3S S 3H2,6-

1,5- 1,8-

O

ARO051PhenanthreneΦαιναθρένιο


12

34

567

8

910

+ O

O

O

AlCl3

O

OOH Zn/Hg

OOH

HCl

Haworth SuccinoylationΣαξινοϋλωση Haworth

Clemmensen ReductionΑναγωγή Clemmensen

O

H2SO4

NaBH4H2SO4

[O]OH

RMgBr H2SO4

[O]ROH R

hν [O]H H

Trans-StilbeneTrans-Στιλβένιο

via Cis-Stilbeneµέσω Cis-Στιλβένιο

O2 or I2

High Degree of Double Bond characterΨηλός χαρακτήρας διπλού δεσµού

ARO052Phenanthrene Φαινανθρένιο

Y +

Y+

H +

X_

Y

Y

_

X

Chemistry Χηµεία

Cl2

Cl

HR

HCl_

Cl

_

OAc

AcOHR

R = Cl, or AcO

CrO3

O

OH

OH

AcOHO

OH

OH

LiAlH4

ARO001-052

Documents

Transcript of ARO001-052