ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ. CO 2 Et O ICH 2

Transcript

1 Cyclopropane Synthesis ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 011 Cannot use reversible rxns - acyclic molecule has no strain & cyclopropanes/cyclopropenes do and thus the equilibrium would stay to the left ΔΕΝ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕ ΑΝΤΙΣΤΡΕΠΤΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ-ΑΚΥΚΛΑ ΜΟΡΙΑ ΔΕΝ ΕΧΟΥΝ ΤΑΣΗ ΚΑΙ ΤΑ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΑ/ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΕΝΙΑ ΕΧΟΥΝ ΓΙ'ΑΥΤΟ Η ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΘΑ ΜΕΙΝΕΙ ΑΡΙΣΤΕΡΑ 1) Simmons - Smith eg Et C 2 I 2 n/cu or Et 2 n C 2 Et Features: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ a) Stereospecific (trans alkene trans orientation of substituents) ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΑ (TAS ΑΛΚΕΝΙΟ-TAS ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΤΩΝ b) 1 2 CI 2 T reactive only C 2 I 2 reacts 1 2 CI 2 ΜΗ ΕΝΕΡΓΑ ΜΟΝΟ ΤΟ C 2 I 2 ΑΝΤΙΔΡΑ c) chanism not totally understood IC 2 S n S I Possible intermediate S = solvent ΠΙΘΑΝΟ ΕΝΔΙΑΜΕΣΟ S=ΔΙΑΛΥΤΗΣ d) eighbouring Group Participation ΣΥΜΜΕΤΟΧΗ ΓΕΙΤΟΝΙΚΩΝ ΟΜΑΔΩΝ Cyclopropanation occurs on more sterically hindered face since hydroxy group assists delivery, overcomes steric hinderence! Η ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΜΒΑΙΝΕΙ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ ΣΤΕΡΙΚΟΣ ΠΑΡΕΜΠΟΔΙΣΜΕΝΗ ΠΛΕΥΡΑ ΑΦΟΥ Η ΥΔΡΟΞΥΛΙΚΗ ΟΜΑΔΑ ΠΟΥ ΣΥΜΜΕΤΕΧΕΙ ΣΤΗΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑ, ΞΕΠΕΡΝΑ ΤΗ ΣΤΕΡΙΚΗ ΠΑΡΕΜΠΟΔΙΣΗ

2 Cyclopropane Synthesis ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 012 2) Addition of carbenes to olefins & acetylenes ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΤΟΥ ΚΑΡΒΕΝΙΟΥ ΣΤΙΣ ΟΛΕΦΙΝΕΣ ΚΑΙ ΣΤΑ ΑΚΕΤΥΛΕΝΙΑ 2 C : 2 C : Carbenes: 6 electron species (neutral) extreamly reactive so need to generate in situ ΚΑΡΒΕΝΙΑ: ΟΝΤΟΤΗΤΕΣ 6 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ(ΟΥΔΕΤΕΡΕΣ)- ΠΟΛΥ ΔΡΑΣΤΙΚΕΣ ΓΙ'ΑΥΤΟ ΤΙΣ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΖΟΥΜΕ ΣΕ SITU thods for generating carbenes: ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΙΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΡΒΕΝΙΩΝ a) α-elimination of ΑΠΟΣΠΑΣΗ ΗΧ t Bu CCl 3 CCl 3 Cl :CCl 2 :CCl 2 Cl Cl Stereospecific trans trans ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΗ TAS-TAS b) α-elimination of Y ΑΠΟΣΠΑΣΗ ΧΥ eg 150 o C Br Br 3 CC 2 Br :CBr 3 C 2 etc C2 or Seyfirths eagent (Milder but more TIC) Ή ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΟ SEYFITS (ΠΙΟ ΜΑΛΑΚΟ ΑΛΛΑ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ ΤΟΞΙΚΟ) gcbr 3 80 o C gbr :CBr 2 etc

3 Cyclopropane Synthesis ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 013 thods for generating carbenes: ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΙΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΡΒΕΝΙΩΝ c) Decomposition of Diazo compounds, 2 C==, with hν, Cu(I) or h 2 (C 2 ) 4 ΑΠΟΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΔΙΑΖΟ ΕΝΩΣΕΩΝ 2 CC 2 Et Cu(I) C e Et Et Et non-stereospecific ie trans mix of cis trans Control of Stereochemistry ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΤΕΡΕΟΧΗΜΕΙΑΣ ΜΗ-ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΗ TAS-ΜΙΓΜΑ CISTAS Singlet Carbene: all electrons are paired (including the 2 that are the lone pair) BET Structure ΑΠΛΟ ΚΑΡΒΕΝΙΟ:ΟΛΑ ΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΕΙΝΑΙ ΖΕΥΓΑΡΩΜΕΝΑ(ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΟΥ ΚΑΙ ΤΩΝ 2 ΤΑ ΟΠΟΙΑ ΕΙΝΑΙ ΜΟΝΗΡΗ ΖΕΥΓΗ)BET ΔΟΜΗ eacts in a concerted manner and therefore stereospecific ΑΝΤΙΔΡΑ ΜΕ ΕΝΑ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΕΝΟ ΤΡΟΠΟ ΚΑΙ ΕΠΟΜΕΝΩΣ ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΑ Triplet Carbene: lone pair of electrons parrallel therefore in different orbitals LIEA ΤΡΙΠΛΟ ΚΑΡΒΕΝΙΟ:ΜΟΝΗΡΗ ΖΕΥΓΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΠΑΡΑΛΛΗΛΑ ΚΑΙ ΕΠΟΜΕΝΩΣΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ ΤΡΟΧΙΑΚΑ-ΓΡΑΜΜΙΚΑ C Biradical reacts like 2 radical centers Stepwise Free rotation not stereospecific ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ -ΜΗ ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑ ΜΕ 2 ΚΕΝΤΡΑ ΡΙΖΩΝ Virtually ALL organic molecules are SIGLET species (electrons paired) ΣΤΗΝ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΟΛΑ ΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΕΙΝΑΙ ΜΟΝΑ ΕΙΔΗ (ΖΕΥΓΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ)

4 Cyclopropane Synthesis ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 014 Virtually ALL organic moleculs sre SIGLET species (electrons paired) ΣΤΗΝ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΟΛΑ ΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΕΙΝΑΙ ΜΟΝΑ ΕΙΔΗ (ΖΕΥΓΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ) rganic starting material SIGLET ΟΡΓΑΝΙΚΟ ΑΡΧΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΑΠΛΟ (ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΤΕΣ ΠΡΟΤΙΜΟΥ ΑΠΛΗ ΚΑΤ) if k ISC = 0 (substituents prefer singlet) then rxn stereospecific, = Cl, Br etc 2 C : SIGLET ΑΠΛΟ ΤΟΤΕ Η ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΕΙΝΑΙ ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΗ 2 C : if k ISC = 0 TIPLET a) k 1 >> k ISC then rxn stereospecific ΤΡΙΠΛΟ (substituents want to be triplet but k 1 so fast they don t get a chance) b) k ISC >> k 1 then rxn non-stereospecific k 1 ΠΕΡΑΣΜΑ ΔΙΑΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Intersystem crossing (ISC) k ISC k 3 3) Internal S 2 Displacement ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ S2 ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ C 2 - B u u u Χ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΕΙΝΑΙ ΚΑΛΗ ΑΠΟΧΩΡΟΥΣΑ ΟΜΑΔΑ Ζ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΕΙΝΑΙ ΚΑΛΗ ΚΑΡΒΑΝΙΟΝΙΚΗ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ must be Good LG, alogen, S 2, must be a good carbanion stabilising group, (2 x C 2 Et Perkin Synthesis) -C, 2, S 2, 2 x, C etc

5 Cyclopropane Synthesis ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 015 eg Et ac Et Br Et DMS Br Et C C 3 o bromides do not undergo S 2 displacement by external nucleophiles 3-ΤΑΓΕΣ ΒΡΩΜΙΔΙΟ ΔΕΝ ΥΦΙΣΤΑΤΑΙ S2 ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΑΠΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΑ ΠΥΡΗΝΟΦΙΛΑ C 2 Et C 2 Et C 4) Decomposition of pyrazolines and pyrazoles ΑΠΟΣΥΝΘΕΣΗ ΠΥΡΑΖΟΛΙΝΩΝ ΚΑΙ ΠΥΡΑΖΟΛΙΩΝ eg Et C 2 i Pr Et 1,3-ΔΙΠΟΛΙΚΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΣΘΗΚΗ 1,3-dipolar cycloaddition stereospecific cis to cis Et 2 C i Pr C 2 Et pyrazoline α,β-unsaturated ester α,β-ακορεστοσ ΑΙΘΕΡΑΣ ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΗ hν or Δ Et 2 C i Pr C 2 Et mix of 2 isomers ΜΙΓΜΑ 2 ΙΣΟΜΕΡΩΝ Et 2 C i Pr C 2 Et Η ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΗ rotation possible

6 Cyclopropane Synthesis ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 016 4) Decomposition of pyrazolines and pyrazoles ΑΠΟΣΥΝΘΕΣΗ ΠΥΡΑΖΟΛΙΝΩΝ ΚΑΙ ΠΥΡΑΖΟΛΙΩΝ eg 2 2 pyrazoline α,β-unsaturated ketone α,β-ακορεστη ΚΕΤΟΝΗ hν or Δ g hν or Δ pyrazole eactions of Cyclopropanes ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΩΝ 1) Cyclopropanes - very resistant to oxidation even though they posses π bond character 2) Undergo olefin like rxns (because of π -bond character) 3) Undergo angle - strain rxns (ring openings) 1)ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΕΚΟΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΟΞΕΙΔΩΣΗ-ΔΙΑΤΗΡΟΥΝ ΣΤΟΥΣ ΔΕΣΜΟΥΣ Π-ΧΑΡΑΚΤΗΡΑ 2)ΥΦΙΣΤΑΝΤΑΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΠΩΣ ΟΙ ΟΛΕΦΙΝΕΣ(ΛΟΓΟ ΤΟΥ Π-ΧΑΡΑΚΤΗΡΑ ΤΩΝ ΔΕΣΜΩΝ) 3)ΥΦΙΣΤΑΝΤΑΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΛΟΓΟ ΓΩΝΙΑΚΩΝ ΤΑΣΕΩΝ (ΑΝΟΙΓΜΑ ΔΑΚΤΥΛΙΟΥ)

7 eactions of Cyclopropanes ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 017 i) Cyclopropanes - very resistant to oxidation even though they posses π bond character ii) Undergo olefin like rxns (because of π -bond character) iii) Undergo angle - strain rxns (ring openings) 1)ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΑ-ΑΝΤΙΣΤΕΚΟΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΟΞΕΙΔΩΣΗ-ΔΙΑΤΗΡΟΥΝ ΣΤΟΥΣ ΔΕΣΜΟΥΣ Π-ΧΑΡΑΚΤΗΡΑ 2)ΥΦΙΣΤΑΝΤΑΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΠΩΣ ΟΙ ΟΛΕΦΙΝΕΣ(ΛΟΓΟ ΤΟΥ Π-ΧΑΡΑΚΤΗΡΑ ΤΩΝ ΔΕΣΜΩΝ) 3)ΥΦΙΣΤΑΝΤΑΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΛΟΓΟ ΓΩΝΙΑΚΩΝ ΤΑΣΕΩΝ (ΑΝΟΙΓΜΑ ΔΑΚΤΥΛΙΟΥ) 1) lefin -like rxns ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΥΠΟΥ ΟΛΕΦΙΝΗΣ a) Electrophilic attack ΗΛΕΚΤΟΝΙΟΦΙΛΗ ΠΡΟΣΒΟΛΗ Br Br Markovnikov Addition ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΚΑΤΑ MAKVIKF Stereospecifc!! o free carbocation eg ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΗ -ΔΕΝ ΥΠΑΡΧΕΙ ΕΛΕΥΘΕΡΟ ΚΑΡΒΟΚΑΤΙΟΝ g(ac) 2 2, 100 o C gac nly partial breaking of bond ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΓΙΝΕΙ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΤΩ ΠΛΕΥΡΑ must approach δ from underface Br ΜΟΝΟ ΜΕΡΙΚΗ ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΔΕΣΜΟΥ not complete C ΜΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΚΑΡΒΟΚΑΤΙΟΝ δ 1/2 way between S 1 & S 2

8 eactions of Cyclopropanes ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 018 1) lefin -like rxns b) Enol-like rxns fairly stable cyclopropanol ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΥΠΟΥ ΟΛΕΦΙΝΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΥΠΟΥ ΕΝΟΛΗΣ Si 3 ΑΡΚΕΤΑ ΣΤΑΘΕΡΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΟΛΗ TiCl 3 3 Si t Bu C 2 Et C, TiCl 4-78 o C t Bu C 2 Et Cl c) Michael Addition ΠΡΟΣΘΗΚΗ MICAEL eeds 2 EWGs on same Carbon of cyclopropane ΧΡΕΙΑΖΕΤΑΙ 2 ΟΜΑΔΕΣ ΠΟΥ ΕΛΚΟΥΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΣΤΟΝ ΙΔΙΟ ΑΝΘΡΑΚΑ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ eg Et 2 C C 2 Et Et C Et 2 C Et C C 2 Et Work up Et Et 2 C C C 2 Et

9 eactions of Cyclopropanes ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 019 1) lefin -like rxns ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΥΠΟΥ ΟΛΕΦΙΝΗΣ d) ydrogenation (catalytic) ΥΔΡΟΓΩΝΟΣΗ (ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ) = alkyl Pd/C, 2 = aryl e) Cyclopropyl methyl radical ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΥΛΙΚΗ ΜΕΘΥΛΙΚΗ ΡΙΖΑ Steric ΣΤΕΡΙΚΟ π conjugation with aromatic system π ΣΥΖΕΥΞΗ ΜΕ ΤΟ ΑΡΩΜΑΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ eg Br n Bu 3 Sn, cat AIB, Δ AIB = ABISISBUTYITILE C C 2 Δ 2 x C SnBu 3 Bu 3 Sn Br or SnBu 3 Products Bu 3 Sn

10 eactions of Cyclopropanes ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 020 2) Angle Strain rxns ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΓΩΝΙΑΚΗΣ ΤΑΣΗΣ a) Cyclopropyl carbocations ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΥΛΙΚΑ ΚΑΡΒΟΚΑΤΙΟΝΤΑ Ac n Ts n Δ, S 1 PDUCTS ΠΡΟΙΟΝΤΑ n 6 3 ΣΧΕΤΙΚΟΣ ΡΥΘΜΟΣ relative rate 1 2 x 10-5 Why slower?? eeds to be flat with 120 o bond angle ΧΡΕΙΑΖΕΤΑΙ ΝΑ ΕΙΝΑΙ ΕΠΙΠΕΔΟ ΜΕ ΓΩΝΙΑ ΔΕΣΜΟΥ o from 105 o bigger angle, bigger strain ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΓΩΝΙΑ,ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΤΑΣΗ trans cis electrocyclic, concerted, stereospecific disrotatory 4n2 ( n = 0) ΗΛΕΚΤΡΟΚΥΚΛΙΚΗ, ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΕΝΗ, ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΗ ΠΕΡΙΣΤΡΕΦΟΜΕΝΗ cis trans

11 eactions of Cyclopropanes ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΙΟΥ ALI 021 2) Angle Strain rxns ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΓΩΝΙΑΚΗΣ ΤΑΣΗΣ b) Cyclopropanone highly reactive ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΟΝΗ ΥΨΗΛΗ ΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ 1813 cm o more S character in as C needs more P charcter to allow for 120 o ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟΣ S ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΣΤΟ ΟΞΥΓΟΝΟ ΚΑΘΩΣ Ο C ΧΡΕΙΑΖΕΤΑΙ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ P ΧΑΡΑΚΤΗΡΑ ΓΙΑ ΝΑ ΕΠΙΤΡΕΨΕΙ ΓΩΝΙΑ 120 u- u u =, C o educed angle leads to more stable product than cyclopropanone Δ ΜΕΙΩΜΕΝΗ ΓΩΝΙΑ ΟΔΗΓΕΙ ΣΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ ΣΤΑΘΕΡΟ ΠΡΟΙΟΝ ΑΠΟ ΟΤΙ Η ΚΥΚΛΟΠΡΟΠΑΝΟΝΗ usually not stable & leads to ketal formation ΣΥΝΗΘΩΣ ΜΗ-ΣΤΑΘΕΡΟ ΚΑΙ ΟΔΗΓΕΙ ΣΕ ΚΕΤΑΛΙΚΟ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ oxyallyl zwitterion