OCH/OC2. Karbonylové sloučeniny 2

Transkript

1 OCH/OC2 Karbonylové sloučeniny 2 1

2 Reaktivita karbonylových sloučenin Nukleofilní adice na karbonylovou skupinu A N vody vznik hydrátů A N alkoholů tvorba acetalů a ketalů A N HCN vznik kyanhydrinů A N Grignardových činidel a hydridů vznik alkoholů A N aminů vznik iminů a enaminů A N hydrazinu Kižněr-Wolfova reakce A N fosfonium-ylidů Wittigova reakce Konjugované adice (aminů, vody, alkylových skupin s diorganokupráty) Cannizarova reakce Subsituce na α-uhlíku Halogenace Hell-Volhardova-Zelinského bromace kyselin Haloformová reakce Alkylace enolátů Reakce typu aldolizace Oxidace a redukce Nukleofilní acylové substituce 2

3 Subsituce na α-uhlíku Tautomerní přesmyk karbonylových sloučenin se katalyzuje kyselinami i bázemi. Čisté enoly se nedají běžně izolovat, jsou generovány v rovnovážně nízké koncentraci jako meziprodukty s krátkou dobou života Stabilní roztoky čistých enolátů lze připravit působením silné báze. Enoláty jsou reaktivnější než enoly. 3

4 Subsituce na α-uhlíku Tautomerní přesmyk karbonylových sloučenin se katalyzuje kyselinami i bázemi. 4

5 Subsituce na α-uhlíku Halogenace aldehydů a ketonů Mechanismus: 5

6 Subsituce na α-uhlíku Hell-Volhardova-Zelinského bromace kyselin Mechanismus: 6

7 Subsituce na α-uhlíku Tvorba enolátů Silná báze může odštěpit kyselý atom vodíku v α-poloze karbonylové skupiny za tvorby enolátového iontu. Vysvětlení stabilizace enolátového iontu rezonancí mezi dvěma rezonančními strukturami. 7

8 Subsituce na α-uhlíku Tvorba enolátů Silná báze může odštěpit kyselý atom vodíku v α-poloze karbonylové skupiny za tvorby enolátového iontu. Vysvětlení stabilizace enolátového iontu rezonancí mezi dvěma rezonančními strukturami. 8

9 Subsituce na α-uhlíku Tvorba enolátů Silná báze NaH, LDA (diisopropylamid lithný, lithium-diisopropylamid) Pro deprotonaci dikarbonylových sloučenin lze použít slabší báze (např. NaOEt) 9

10 Subsituce na α-uhlíku Tvorba enolátů 10

11 Subsituce na α-uhlíku Haloformová reakce 11

12 Subsituce na α-uhlíku Alkylace enolátů Malonesterová syntéza Acetoacetátová syntéza Přímá alkylace ketonů, esterů a nitrilů 12

13 Subsituce na α-uhlíku Alkylace enolátů - malonesterová syntéza Diethyl-malonát je silnější kyselina, takže jej lze deprotonovat slabšími bázemi, např. NaOEt. Alkylace probíhá velmi čistě. Při kyselé hydrolýze malonátů dochází k dekarboxylaci a vzniká substituovaná monokarboxylová kyselina 13

14 Subsituce na α-uhlíku Alkylace enolátů - malonesterová syntéza Příklady 14

15 Subsituce na α-uhlíku Alkylace enolátů - acetoacetátová syntéza Ethyl-acetoacetát je ještě kyselejší než malonát a alkyluje se analogicky. Zahříváním s vodnou HCl se alkyl či dialkylacetoacetát hydrolyzuje. 15

16 Příklady Subsituce na α-uhlíku Alkylace enolátů - acetoacetátová syntéza 16

17 Subsituce na α-uhlíku Alkylace enolátů - přímá alkylace ketonů, esterů a nitrilů Nutno použít stericky bráněné báze jako je LDA a aprotické rozpouštědlo (aby se dosáhlo úplné přeměny na enolát a současně se zabránilo nukleofilní adici) 17

18 Subsituce na α-uhlíku Alkylace enolátů - přímá alkylace ketonů, esterů a nitrilů Nutno použít stericky bráněné báze jako je LDA a aprotické rozpouštědlo (aby se dosáhlo úplné přeměny na enolát a současně se zabránilo nukleofilní adici) 18

19 Reakce typu aldolizace 19

20 Reakce typu aldolizace aldolizace pokud vzniká -hydroxylová skupina aldolová kondenzace - pokud produkt eliminuje vodu a vznikne dvojná vazba

21 Reakce typu aldolizace Bazicky katalyzovaná aldolizace aldolizace je reversibilní reakce, je ovlivněna jak bází tak karbonylovou sloučeninou, typickou bází je OH -, probíhá na aldehydech nebo ketonech v případě aldehydů je rovnováha posunuta směrem k produktům, v případě ketonů je příznivá směrem k výchozí látce 21

22 Reakce typu aldolizace Kysele katalyzovaná aldolizace aldolizace se sice obvykle provádí za přítomnosti stopy báze, ovšem je možný i kysele katalyzovaný průběh reakce v tomto případě probíhá nejdříve vznik enolformy, která je slabším nukleofilem než enolát protonizace karbonylu v kyselém prostředí ovšem zvyšuje jeho elektrofilní charakter, což následně usnadňuje adiční reakci

23 Reakce typu aldolizace Aldolová kondenzace za bazických podmínek často nelze aldolový produkt isolovat, ale odštěpuje vodu z a uhlíku za tvorby, -nenasycených karbonylových sloučenin 23

24 Reakce typu aldolizace Aldolová kondenzace mechanismus bazicky katalyzované reakce u bazicky katalyzované aldolizace stačí obvykle ke vzniku enonu zahřívání reakční směsi, při kterém dochází ke spontánní eliminaci přechodně vznikajícího aldolu 24

25 Reakce typu aldolizace Aldolová kondenzace mechanismus kysele katalyzované reakce protože tento typ dehydratace probíhá velmi snadno, aldolové intermediáty obvykle nelze vůbec izolovat a aldolizace aldehydů nebo ketonů v kyselém prostředí většinou končí až ve stadiu enonu 25

26 Reakce typu aldolizace Aldolová kondenzace Shrnutí: jedna z kondenzačních reakcí, při které dochází k eliminaci malé molekuly, v tomto případě vody -hydroxy karbonylová sloučenina může nebo nemusí být za podmínek aldolizace isolovatelná pokud je, -nenasycená karbonylová sloučenina konjugována s aromatickým jádrem tak je eliminace vody spontánní a -hydroxy karbonylová sloučenina nemůže být isolována 26

27 Reakce typu aldolizace Aldolizace a aldolová kondenzace Příklady Dehydratace (a odstraňování vody z reakční směsi) posouvá rovnováhu i u reakcí, kde samotná aldolizace probíhá jen málo. U reakcí aldehydů lze zastavit reakci ve stádiu aldolu pouze za nízké teploty při zahřívání dochází k dehydrataci (aldolová kondenzace). 27

28 Reakce typu aldolizace Zkřížené aldolové kondenzace reagují-li rozdílné karbonylové sloučeniny reakce je neselektivní např. v případě acetaldehydu a propanalu vznikají 4 možné produkty ÚKOL schematicky znázorni průběh aldolizace acetaldehydu s propanalem 28

29 Reakce typu aldolizace Zkřížené aldolové kondenzace synteticky použitelné pouze pokud pouze jedna karbonylová sloučenina má k dispozici vodíky tvorba pouze jednoho produktu V případě aldehydů je nutno enolizovatelný aldehyd přidávat pomalu, aby se zamezilo samoaldolizaci. Vzniká jen malé množství enolátu, který ihned zreaguje s přebytkem druhého reaktantu. ÚKOL 29

30 aldolové reakce dikarbonylových sloučenin za tvorby 5-ti a 6-ti členných cyklů intramolekulární reakce jsou rychlejší než intermolekulární enolát vytvořený z jedné karbonylové skupiny je nukelofilem a karbonylový uhlík druhé molekuly je elektrofilem př. Reakce typu aldolizace Intramolekulární aldolové kondenzace 30

31 Reakce typu aldolizace Claisenova esterová kondenzace reagují dvě molekuly esteru za přítomnosti alkoxidu a tvorby -keto esteru na rozdíl od aldolové reakce, která je bazicky katalyzovaná, při této reakci potřebujeme ekvivalent báze pozor protože estery mají odstupující skupinu na karbonylovém uhlíku, ztráta odstupující skupiny vytváří produkt substituce, ne adice 31

32 Reakce typu aldolizace Claisenova esterová kondenzace Mechanismus

33 Reakce typu aldolizace Smíšená Claisenova esterová kondenzace Selektivně probíhá Claisenova kondenzace, kdy jeden ester nemá a-vodíky 33

34 Reakce typu aldolizace Intramolekulární Claisenova kon. Dieckmannova reakce β-ketoestery jsou užitečné intermediáty pro alkylace a dekarboxylace 34

35 Reakce typu aldolizace Michaelova adice Mechanismus 35

36 Reakce typu aldolizace Michaelova adice Příklady 36

37 Reakce typu aldolizace Storkova reakce - Michaelova adice enaminů Mechanismus 37

38 Reakce typu aldolizace Benzoinová kondenzace 38

39 Reakce typu aldolizace Mannichova reakce 39

40 Oxidace a redukce karbonylových sloučenin Oxidace aldehydů Tollensovo činidlo Ag + (zředěný roztok oxidu stříbrného ve vodném amoniaku Fehlingovo činidlo Cu 2+ (modrá skalice / vinan sodno draselný, NaOH) HNO 3 CrO 3 ve zředěné AcOH KMnO 4 40

41 Oxidace a redukce karbonylových sloučenin 41

42 Příklady 1. Zapište chemickou rovnicí přípravu: a) acetofenonu z brombenzenu b) 2-methylcyklohexanonu z 1-methylcyklohexenu 2. Která z látek bude při nukleofilních adicích reaktivnější: p- nitrobenzaldehyd nebo p-methoxybenzaldehdy? 3. Zapište chemickou rovnicí: a) kysele katalyzovaná reakce cyklohexanonu s diethylaminem b) kysele katalyzovanou reakci pentan-2-onu s propan-1,3-diolem c) o-ftaldialdehydu s hydroxidem sodným a následným okyselením HCl 4. Nakreslete produkty reakcí acetofenonu s: a) NaBH 4, poté H 3 O + b) methanol, kat. HCl c) CH 3 MgBr, poté H 3 O + d) NH 2 OH, kat. HCl 42

43 Příklady 5. Napište reakci: a) dvou molekul acetaldehydu za přítomnosti hydroxidu sodného b) dvou molekul cyklopentanonu za přítomnosti hydroxidu sodného c) dvou molekul benzaldehydu s HCN/KCN 6. Z vhodné karbonylové sloučeniny a Grignardova činidla připravte: a) primární alkohol b) sekundární alkohol c) terciární alkohol 7. Doplňte reakci: 43

44 Příklady 8. Jaký produkt byste očekávali, že vznikne aldolovou cyklizací hexandialu? 9. Aldehyd skořicové kyseliny (3-fenylprop-2-enal) lze syntetizovat smíšenou aldolovou kondenzací. Vyberte výchozí látky pro uskutečnění této reakce a napište průběh reakce. 10. Jak byste Michaelovou adicí připravili uvedené sloučeniny? 44

45 Příklady 11. Jaká bude struktura produktu(ů) těchto reakcí: 45

46 Příklady 12. Jak byste s využitím acetoacetátové syntézy připravili tyto ketony: 13. U které z těchto látek by probíhala haloformová reakce? 14. Doplňte do schématu činidla: 46