1

NUKLEOFILNA

ADICIJA NA

KARBONILNU GRUPU

2

TY Oct 2003

Karbonilna Grupa

• Karbonilna grupa je centar

visoke elektronske gustoće

zbog prisustva dvostruke

C=O veze

• C=O veza je polarna jer

sadrzi oksigen koji je

elektronegativniji od

karbona

C = Oδ+ δ-

3

TY Oct 2003

Tip Reakcija

• Aldehidi i ketoni podliježu ADICIJI zahvaljujući

C=O vezi

• Polarnost C=O uzrokuje napad NUKLEOFILA

na δ+C

• Karbonilni spojevi su Lewisove baze, jer na

kisiku imaju nepodijeljene elektrone

4

O

C

........::::δδδδ++++

δδδδ----

O

C

........::::::::-

++++

Rezonancija karbonilne grupeRezonancija karbonilne grupe

karbon

eleeleeleelektrtrtrtrofil

OOOOksigen

nukleofil

Nu:Nu:Nu:Nu:

Nukleofilni napad

HHHH++++ or Eor Eor Eor E++++

Elektrofilni

napad

5

STEREOHEMIJASTEREOHEMIJA

6

C O..

..

. .

KKARBONILARBONILNANA GRUPA JE PLANARNGRUPA JE PLANARNAA

(SP(SP22 HIBRIDIZIRANAHIBRIDIZIRANA))

Nukleofil može napasti sa obje strane

Nu:

Nu:

7

NUKLEOFILNA ADICIJA NA C=ONUKLEOFILNA ADICIJA NA C=O

MEHANIZAM

U KISELOJ I BAZNOJ SREDINI

8

+ :Nuslow

::..:_

O

CC

O

Nu

:..:

C

O

Nu

+ H2O

:..

C

O

Nu

Hfast

_

..

NukleofilnaNukleofilna AdicijaAdicija nana KarbonilnojKarbonilnoj GrupiGrupi

BaznaBazna iliili NeutralnaNeutralna SredinaSredina

alkoksid

jon

BAZNI RASTVORDobriDobriDobriDobri nukleofilinukleofilinukleofilinukleofili

i jakejakejakejake bazebazebazebaze

(obi(obi(obi(obično no no no sasasasa nabojemnabojemnabojemnabojem))))

-

Ili dodatkom kiseline

9

+:Nu

slow

:..

O

C

H

C

O

Nu

H+

O

C

H:O

C+ H

+fast

+:..

..

NukleofilnaNukleofilna AdicijaAdicija nana KarbonilnuKarbonilnu grupugrupu

KKiiselselaa katalizkatalizaa

Kisela kataliza ubrzava adiciju

slabih nukleofila i slabih baza

(obično bez naboja)

Reaktivniji u reakcijama

adicije nego neprotonirani

prekursor

KISELI RASTVOR

(+)

pH 5-6Jača kiselina protonira

nukleofil

10

CIJANHIDRINICIJANHIDRINI

11

TY Oct 2003

CIJANID KAO NUKLEOFIL-CIJANHIDRINSKA REAKCIJA

ADICIJA HCN• Npr. reagens HCN u prisustvu KCN

• KCN daje CN– koji djeluje kao katalizator

• HCN je polarna molekula

δ+ δ-

H −−−− CN

KCN →→→→ K+ + :CN–

12

TY Oct 2003

Mehanizam 1

δ+ δ-CH3

C = O

H

:CN–

• Elektronski par CN–

napada δ+C formirajući

novu C−−−−C vezu

• Π veza u C=O puca

heterolitički i dva

elektrona se kreću prema

O i dobivamo O:–

13

TY Oct 2003

Mehanizam 2

CH3 O:–

C

H CNMeñuprodukt brzo reaguje:

elektronski par O:–

napada δ+H

formirajući novu O−−−−H vezu

H −−−− CN

δ+ δ-

H−−−−CN veza puca heterolitički i formira se :CN–

jon

14

TY Oct 2003

Mehanizam 3

• Produkt je hidroksinitril

• U slučaju korištenjaetanala produkt je 2-hidroksipropanonitril

(acetaldehid-cijanhidrin)

CH3 OH

C

H CNCH3CH(OH)CN

15

• Cijanhidrinska reakcija je veoma korisna za

sinteze, jer nastaje nova veza ugljik-ugljik, a

nastali produkt ima dvije funkcionalne grupe

(hidroksilnu i nitrilnu) na kojima se mogu vršiti

daljnje reakcije.

• Cijanhidrina ima u nekim vrstama voća: sjemenke

trešnji, šljiva, breskvi, kajsija

• Miris i okus badema djelimično potiče od

benzaldehida i benzaldehidcijanhidrina

16

+ CN

_

R C R

O

R C R

O

CN

R C R

O

CN

+ R C R

O

CN

H

: : : :

: : :

..

..

_

_..

OH2

AdicijaAdicija CijanidaCijanidaPufer pH 6-8

U kiseloj sredini stvaralo bi se malo CN-,

i HCN (g) bi bio problem (otrov).

cijanhidrin

:C N:

17

N

N

N

N

CH3

CH3

CH2CH

2COOH

CH2CH

2COOH

CH3

CH3

Fe

C

N..

CCIJIJANIDANIDNINI JJON ON VEZUJE SE ZA VEZUJE SE ZA HEMOGLOBINHEMOGLOBIN

Cijanid se vezuje

(ireverzibilno) na mjesto

(Fe II) gdje se obično

oksigen vezuje.

CIJANID JE

OTROV

Smrt gušenjem -

manjak oksigena.

HCN je gas koji udisanjem ulazi u pluća.

..

18

HIDROLIZAHIDROLIZA

NITRILNE GRUPENITRILNE GRUPE

19

C=O + NaCN C-OH

R-X + NaCN R-CN + NaXaceton

SN2

CN

SSIINTENTEZAZA NITRILNITRILAA ((II CCIJIJANHANHIIDRINDRINAA))

PREGLEDPREGLED

….. Oba mogu biti hidrolizirana

cijanhidrin

nitril

20

+NaOH

H2O/∆∆∆∆C N R R C

O

O Na

:NH3..

..

..:

: +-

HIDROLIZA CIJANIDNE GRUPE (NITRILA)HIDROLIZA CIJANIDNE GRUPE (NITRILA)

JEDAN METOD : jaka baza + H2O + zagrijavanje

gas

H3O+

R C

O

O H..

..

..:

R-CN

R-COOH

Sinteza karboksilnih

kiselina

zaključak

Nitrili se hidroliziraju u karboksilne kiseline.

neutralizacija

21

DRUGI METOD: jaka kiselina + H2O + zagrijavanje

C N R R C

O

O H(NH

4)2SO

4+..

..

..:

H2SO4

H2O/∆∆∆∆

Nerazjašnjen

mehanizam

HIDROLIZA CIJANIDNE GRUPHIDROLIZA CIJANIDNE GRUPEE (NITRILA)(NITRILA)

R-CN

R-COOH

zaključak

Nitrili se hidroliziraju do karboksilnih kiselina.

Sinteza karboksilnih

kiselina

22

Adicija ostalih kiselina

• HCl i druge kiseline?

• Adiraju se na karbonilnu grupu, ali se adicioni

produkti ne mogu izolirati.

• Ravnoteža je daleko na strani reaktanata.

• Uzrok ove nepovoljne ravnoteže može se pripisati

energijama veza koje se stvaraju i kidaju. Adicija

HCN povoljnija je od adicije HCl za 46 kJ/mol (11

kcal/mol)

23

Zadatak

Prikaži reakcije navedenih spojeva sa HCN

Koji od navedenih spojeva je reaktivniji?

• CH3COCH2CH2CHO + HCN ?

• C6H5COCH2CH2COCH3 + HCN ?

24

Rješenje:

• CH3COCH2CH2CHO + HCN CH3COCH2CH2CHCN

OH

OH

C6H5COCH2CH2CCH3

CN

• C6H5COCH2CH2COCH3 + HCN

Aldehidna grupa je reaktivnija

Rezonantno stabilizirana karbonilna grupa je manje reaktivna