1

Szerves kémiaiszintézismódszerek

7. Átrendez dések.Szén-nitrogén kötések kialakítása.

Kovács Lajos

H3C

H3C

HH3C

H

CH3

H

H3CH

H3C

3°1°

(-)-α-pinén 3° 2°

Cl

izonorbornil-klorid

H+

Cl-

2

A karbokation generálása:

Átrendez dések elektronhiányos szénre 1.A Wagner-Meerwein-átrendez

ıdés

Palkének protonálása

Palkoholok savkatalizált reakciója

Paminok diazotálása

Palkil-halogenidek reakciója ezüst-ionnal

H3C

NH2

H3C

N

N

H3C CH2

H

H3C CH3

2°1°

H3C

H3C CH3

OH

HNO2 -N2+

Ph

H3CH3C

Ph

H

H3CH

H3C

3°1°

Ph

H3C

HH3C

H

1°

Cl

Ag

H3C H

H3C H

Ph

H3C

H3C-AgCl

CH3

CH3

H

H

H

H

OAc

AcO

BF3.OEt2-AcOH90 %

H

H

H

CH3

CH3

AcOBF3.OEt2

**

**

*

*

*

3

Hidrogén is vándorolhat

Átrendez dések elektronhiányos szénre 2.A Wagner-Meerwein-átrendez ı dés

Arilcsoportok szívesenvándorolnak

Sorozatreakciók iselı fordulhatnak

OH OH

O

AgSbF6SbCl5

CH2Cl2

15-20 °C3 h, 88 %

OH

CH3

CH3

OH

H3C

CH3

OH2

CH3

CH3

OH

H3C

CH3

CH3

CH3

CH3

H3C

HO CH3

CH3

CH3

H3C

O

H2SO4 70 %

CH3

CH2H2C

H3C

HBr

-H+

4

Átrendez dések elektronhiányos szénre 3.A pinakol-átrendez

ıdés: α-hidrogént nem tartalmazó 1,2-diolok átalakulása ketonokká

Paril- és alkilcsoportok vándorolhatnak

Paz arilcsoportok könnyebben vándorolnak, mint az alkilcsoportok

Paz arilcsoportok elektrontaszító szubsztituense elısegíti a reakciót

Pa vándorlási hajlamnál fontosabb a stabilabb karbokation képzése

Pa vándorló csoport anti-helyzet ő a távozócsoporthoz képest

5

Átrendez dések elektronhiányos szénre 4.A benzilsav-átrendez

ıdés

R O

R

H2C N N

R O

CH2

N

N

R

RH2C

R

O

CH2

OR

R

-N2

-N2

MeO OMe

O

O

O

HN O

OMe

CH2N2MeO OMe

O O

HN OEt2O, 0 ºC

1h, 91 %

OMe

O

6

Átrendez dések elektronhiányos szénre 5.Diazometánnal kapcsolatos átrendez

ıdések: reakció ketonokkal

Paszimmetrikus ketonok két terméket adhatnak

Pkonkurrens reakció lehet az epoxid-képzés

R O

Cl

H2C N N

R

N

O

Ag2O

-HCl

N

R

N

O

N

C O

R

H

R

CH2

OR'

O

R

CH2

NHR'

O

R'OH

R'NH2

-N2

7

Átrendez dések elektronhiányos szénre 6.Diazometánnal kapcsolatos átrendez

ıdések: az Arndt-Eistert-reakció

X

Y

X X

Nu

-Y-

:Nu

Me Me

MeHMeO

Br Me Me

MeH

MeO

MeMe

H MeOMe

HO

Ag H2O

OO

Y

Me

OO

Me

:Nu OO

Nu

Me

-Y-

8

Átrendez dések elektronhiányos szénre 7.Halogén, oxigén, kén és nitrogén vándorlása

szomszédcsoport-hatás miattugyanazon az atomon isbekövetkezhet a nukleofil támadás

O

R N

X

NR C O

-X-

X = Br Hofmann

X = N2+ Curtius, Schmidt

X = OCOR Lossen

NH

R

OR'

O

NH2R

H OR'

R' = H-CO2

9

Átrendez dések elektronhiányos nitrogénre 1.Hofmann-, Curtius-, Schmidt- és Lossen-átrendez

ıdések

August Wilhelm von Hofmann(1818-1892)

NH2

O

OH

O

O

NHNaOH, Br2

O

COONa

NH2

O

COONa

NHBr

O

COONa

NBr

O

COONa

N

Br

N

COONa

C

O

NaOH

Br2

NaOH

H2O, H+

-Br-

10

Átrendez dések elektronhiányos nitrogénre 2.Hofmann-lebontás: alkalmazások

N

HO

NH

O

H2SO4HN

O

**

polimerizáció

Nylon 6

11

Átrendez dések elektronhiányos nitrogénre 3.Beckmann-átrendez

ıdés: oximok átalakulása amidokká

PDSM: 8 millió t/év (2002)

PNylon 6-ból regenerálható

12

Átrendez dések elektronhiányos oxigénreA Baeyer-Villiger-reakció: ketonok átalakítása észterré

a reakció biokatalitikus módon ismegvalósítható a Baeyer-Villigermonooxigenáz enzimmel

vándorlási hajlam: 3° > 2° > 1°; aril > alkil csoport

13

Átrendez dések elektronban gazdag szénreFavorszkij-átrendez

ıdés

C N

C N+

C N+

C N+

NO+

NO2+

ArN2+

NH3

NH2

NH2RH2NNH2H2NNHR

.

NO

nitrének (R3C-N:)nitrogéntartalmú dipólusok

pl. CH2=N=N

14

Nitrogéntartalmú vegyületek el állításaÁttekintés

15

Nukleofil nitrogén reakciója alifás szénen Primer aminok el

ıállítása: a Gabriel-szintézis

16

Nukleofil nitrogén reakciója alifás szénen 2.Más N-nukleofilek

PNitrition reakciója

PAzidok reakciója

R-X + NO2- 6 R-ONO + R-NO2 + X-

(R = alkil, X = Hal, O3SR)

R-X + N3- 6 R-N3 + X- 6 R-NH2

(R = alkil, X = Hal, O3SR)

PAgNO2/Et2O inkább nitrovegyületet ad

PKNO2 vagy NaNO2 inkább nitriteket ad

Pa nitrovegyületek aránya a 1° > 2° > 3° alkilcsoport sorrendben csökken

Pdipoláris aprotikus oldószerek (DMF, DMSO) alkáli-nitritekkel is növelik anitrovegyületek arányát

O

HN NH2

NaOH

Br2R

O

HN

HN

R Br

O

HN N

R Br

O

HN N

BrRN

HN

C

O

RNHR

H2O

-CO2

NH2

17

Nukleofil nitrogén reakciója alifás szénen 3.Hidrazinok

PHidrazin alkilezése

R-X + H2NNH2 6 RHNNH2 6 R2NNH2(R = alkil, X = Hal, O3SR)

Pmonoalkil-hidrazinokat jobb N-alkilkarbamidok Hofmann-lebontásával elıállítani

18

Nukleofil nitrogén reakciója telítetlen szénre

PAldehidek< a keletkez ı N,O-acetálok rendszerint nem stabilak és tovább reagálnak (gyakran polimerizálnak)

PKetonok csak akkor reagálnak, ha a további reakciókban stabil termékek képz dnek

PSzekunder aminok enaminokat adnak

POxovegyületek kristályos szemikarbazonokat ill. hidrazonokat adnak< R2C=NNHCONH2, R2C=NNHAr (Ar = Ph, 2,4-dinitrofenil)

Pnitrilek ammóniával amidineket adnak

PRitter-reakció: savamidok nitrilekb l

19

Egyéb reakciókPSzubsztitúció nukleofil nitrogénnel telített szénatomon< Amidok, hidrazidok, hidroxámsavak

R-COX + NH2Y 6 R-CONHY(R = alkil, aril, X = Hal, OCOR, N3, SR, OR, Y = H, NH2, OH)

PElektrofil nitrogén reakciója< Nitrozil-kation (NO+): nitrozo-vegyületek< Nitrónium-kation (NO2

+): nitrovegyületek (f ı leg aromás vegyületek)< Diazónium-kation (ArN2

+): azovegyületek (Ar-N=N-Ar’)– azofestékek

20

Feladatok 1.F7.1. Hogyan lehet el állítani β-alanintátrendez dési reakcióban?

22

Feladatok 2.F7.2. Hogyan reagál az ammónia azalábbi reagensekkel?

Pmetil-jodid

Pacetil-klorid

P formaldehid

Petilén-oxid

P2,5-hexándion

Pacetonitril

P fenil-izotiocianát

Me

OAc

O

BF3 vagy H+ OMe

OAc

Me OAc

O

BF3 vagy H+

O

H

OAcMe

H

24

Feladatok 3.F7.3. Hogyan mennek végbe az alábbiátalakulások?

26

Ajánlott olvasmányokPR. O. C. Norman, J. M. Coxon (1993): Principles of organic synthesis. 3rd ed. Blackie Academic and Professional, London. 811

pages, pp. 429-457.

PJ. R. Hanson (2002): Organic synthetic methods. Royal Society of Chemistry, Cambridge. 175 pages. pp. 73-74, 78-95.

PC. Willis, M. Wills (1995): Organic synthesis. (Series Ed: S. G. Davies. Oxford Chemistry Primers, 31.) Oxford University Press,Oxford. 92 pages. pp. 21, 54, 65-66.

PP. D. Bailey, K. M. Morgan (1996): Organonitrogen chemistry. (Series Ed: S. G. Davies. Oxford Chemistry Primers, 31.) OxfordUniversity Press, Oxford. 96 pages.

PPinakol-átrendezı dés:< http://www.organic-chemistry.org/namedreactions/pinacol-rearrangement.shtm

PArndt-Eistert-reakció:< http://en.wikipedia.org/wiki/Arndt-Eistert_synthesis

PHofmann-, Curtius-, Schmidt- és Lossen-átrendezı dések:< http://en.wikipedia.org/wiki/Hofmann_rearrangement< http://en.wikipedia.org/wiki/Curtius_rearrangement< http://en.wikipedia.org/wiki/Lossen_rearrangement

PBeckmann--átrendezı dés:< http://en.wikipedia.org/wiki/Beckmann_rearrangement

PBaeyer-Villiger-átrendezı dés:< http://en.wikipedia.org/wiki/Baeyer-Villiger_oxidation

PFavorszkij-átrendezı dés:< http://en.wikipedia.org/wiki/Favorskii_rearrangement

PRitter-reakció:< http://en.wikipedia.org/wiki/Ritter_reaction< http://www.organic-chemistry.org/namedreactions/ritter-reaction.shtm

PMitsunobu-reakció:< http://en.wikipedia.org/wiki/Mitsunobu_reaction< http://www.organic-chemistry.org/namedreactions/mitsunobu-reaction.shtm

PGabriel-reakció:< http://fachschaft.cup.uni-muenchen.de/~schleifi/reaktion/reaction/gabriel.html< http://en.wikipedia.org/wiki/Gabriel_synthesis