ARENES - ΑΡΕΝΙΑ ΑΡΩΜΑΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Transcript

1 ΑΡΩΜΑΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ AEES - ΑΡΕΝΙΑ A001 Εισαγωγή Benzene C 6 6 discovered 1825 Βενζόλιο C 6 6 ανακαλύφθηκε το 1825 Isolated from Coal Tar Αποµονώθηκε από πίσσα καρβούνου omenclature Ονοµατολογία Ladenburg Dewar Benzene Kekule 1865 Prismane (1973) Made 1963 C 3 ipso 1 ortho 2 C 3 para 4 meta 3 1,3,5-Trichlorobenzene 1,2,4-Τριχλωροβενζόλιο o-chlorotoluene ο-χλωροτολουόλιο Substitution xns xns Υποκατάστασης alkene αλκένιο 2 Addition Προσθήκη 2 2 Addition ΟΧΙ Προσθήκη arenes αρένια Substitution YES Υποκατάσταση ΝΑΙ esonance structures οµές συντονισµού assical Valence Bond resonance structures Κλασσικές δοµές συντονισµού εσµού Σθένους ybrid Υδρίδιο Kekule Contributions Εισήγηση Kekule Dewar Contributions Less Important Εισήγηση Dewar Λιγότερο Σηµαντική o hydrogenation = 120 kjmol -1 o hydrogenation = 208 kjmol -1 υδρογόνωσης υδρογόνωσης 120 x 3 = 360 T 208! 152kJmol -1 = Empirical esonance stabilisation energy Εµπιρική ενέργεια σταθεροποίησης µε συντονισµό Ambiguous value

2 AMATIC CEMISTY uckle omaticity ule 4n2 π electrons (planar) 4n π electrons = "antiaromatic" (nonplanar) Κανόνας αρωµατικότητας uckle 4n2 π ηλεκτρόνια (επίπεδο) 4n π ηλεκτρόνια = "αντιαρωµατικό" (µη επίπεδο) Based on Quantum Mechanics Βασισµένος σε Κβαντική Μηχανική A002 uckle Energy Levels for egular Planar Polygonic molecule Επίπεδα ενέργειας uckle για κανονικά Επίπεδα Πολυγωνικά µόρια Energy Ενέργεια.... Single ighest energy level Υψηλότερο απλό ενεργειακό επίπεδο Degenerate energy levels (ie of equal energy) Αναγεννηµένα ενεργειακά επίπεδα (ίσης ενέργειας) on-bonding energy levels Μη δεσµικά εναργειακά επίπεδα Frost-Musulin Diagrams - ιαγράµµατα Frost-Musulin Anti bonding Αντιδεσµικό on bonding Μη δεσµικό Bonding εσµικό UDS ULE e- must enter orbitals of same energy singly, prior to pairing & with parrallel spins Κανόνας UDS τα e- πρέπει να µπούν σε τροχικά ίσης ενέργειας, προτερεότητα στο ζευγάρωµα & παράλληλα spins Cyclooctatetraene CT Κυκλοοκτατετραένιο pm Single Lowest energy level Χαµηλότερο απλό ενεργειακό επίπεδο Benzene Βενζόλιο e- must be spin paired for planarity & aromatic stabilisation / τα e-πρέπει να ζευγαρωθούν για επιπεδότητα & σταθεροποίηση της αρωµατικότητας pm Cyclooctatetraene CT Κυκλοοκτατετραένιο Bicyclo[4.2.0]octatriene δικυκλο[4.2.0]οκτατριένιο ED Anti bonding-αντιδεσµικό on bonding-μη δεσµικό Bonding- εσµικό SbF 5 / S 2 F Li / TF 2-78 o C -78 o C 2-2 e - 2 e In reality on planarity gives different M energy level diagram, lose degeneracy of non bonding M's. Στην πραγµατικότητα Μη επίπεδότητα δίνει διαφορετικό διάγραµµα M ενεργειακών επιπέδων, εξάληψη εκφυλισµού των µη δεσµικών M's. Planar onplanar Planar Επίπεδο Μη επίπεδο Επίπεδο n = 1, 4n2 = 6 n = 3, 4n = 8 n = 2, 4n2 = 10 If TUE & CT planar then Αν αληθεύει & το CT είναι επίπεδο Triplet diradical!! Possible strong interaction between spin parrallel e- which should EPEL Πιθανή ισχυρή αλληλεπίδραση µεταξύ e- παράλληλου spin τα οποία πρέπει να ΑΠΟΘΟΥΝΤΑΙ

3 AMATIC CEMISTY Electrophilic Substitution Ηλεκτροφιλική υποκατάσταση A003 G G # δ δ T 1 δ δ intermediate G o ενδιάµεσο T 2 Sigma complex Σύµπλοκο Sigma enium ion Ιόν Αρενίου Wheland Intermediate Ενδιάµεσο Wheland ammond Postulate "If two states occur consecutively during a reaction process and have nearly the same energy content, there introconversion will involve only a small reorganisation of molecular structure" 1955 ammond 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 eaction Coordinate Πρόοδος της Αντίδρασης B C 6 6 [C ] [C ] C 6 5 Transition State T 1 Στάδιο Μετάπτωσης T 1 intermediate Ενδιάµεσο Transition State T 2 Στάδιο Μετάπτωσης T 2 Sigma complex Σύµπλοκο Sigma enium ion Ιόν Αρενίου Wheland Intermediate Ενδιάµεσο Wheland

4 AMATIC CEMISTY Electrophilic Substitution Ηλεκτροφιλική Υποκατάσταση A004 SbF 5 / 2 S 3 F S 2 F - S 2 F C 1 M visible Ορατό στο 1 M F / BF 3 BF 4 Crystallisable solid Κρυσταλλικό στερεό slow fast αργό γρήγορο k D D D D 2 D 2 2 D D D D slow fast D D αργό D D γρήγορο D D k D D D D k k D BUT T ALWAYS!! Friedel Crafts Acylation G T 2 > T 1 ΟΧΙ ΠΑΝΤΑ!! Ακυλίωση Friedel Crafts G T 2 > T 1 π-complexes π-σύµπλοκο I 2 V. WEEK BD ΠΟΛΥ ΑΣΘΕΝΗΣ ΕΣΜΟΣ I δ- I δ CT complexes σύµπλοκα Lewis acids Οξέα Lewis alogens Αλογόνα TCE 1,3,5-Trinitrobenzene 1,3,5-Τρινιτροβενζόλιο

5 Common Electrophilic eactions Κοινές Ηλεκτροφιλικές Αντιδράσεις A005 ITATI ΝΙΤΡΙΩΣΗ E = 2 nitronium ion - ιόν νιτρονίου S S 4 - Must use stronger acid than 3 Πρέπει να χρησηµοποιηθεί ισχυρότερο οξύ από το S 4 2 S 4 SULPATI ΣΟΥΛΦΩΣΗ E = S 3 sulfur trioxide - τριοξείδιο του θειου S S S 2 2 S 4 S 3 3 S 4 - c 2 S 4 ca 80 o C, or oleum = S 3 in 2 S 4 ή ελαιώδες S 3 S 3 S 3 S 3 - S 4 2 S 4 2 S 4 S 4 - Benzenesulphonic acid Βενζοσουλφονικό οξύ

6 AMATIC CEMISTY Common Electrophilic eactions Κοινές Ηλεκτροφιλικές Αντιδράσεις A006 ALGEATI Αλογόνωση E = = or dihalogen µοριακό αλογόνο 2 M 3 [...M 4 - ] Lewis Acid Οξύ Lewis complex σύµπλοκο M 3 = Al 3, Fe 3 etc [...M 4 - ] M4 - - M 4, M 3 ALKYLATI & ACYLATI (FIEDEL CAFTS) ΑΛΚΥΛΙΩΣΗ & ΑΚΥΛΙΩΣΗ (FIEDEL CAFTS) C(C 3 ) 3 CC 3 (C 3 ) 3 C Fe 3 C 3 C Al 3 t-butylbenzene t-βουτυλοβενζόλιο = alkyl, acryl = or δ δ- - Fe Fe 3 Acetophenone Ακετοφαινόνη δ δ Fe 3 Fe 4 Fe 3

7 AMATIC CEMISTY Common Electrophilic eactions Κοινές Ηλεκτροφιλικές Αντιδράσεις A007 ALKYLATI & ACYLATI (FIEDEL CAFTS) Al 3 F C(C 3 ) 2 Cumene Κουµένιο 3 o > 2 o > 1 o C(C 3 ) 2 C 2 C 2 C 3 Al 3 Formylation Φορµυλίωση major κυριο minor δευτερεύον C CF BF 3 Al 3 C Gatterman-Koch eaction Industrial route to benzaldehyde Βιοµηχανική παρασκευή βενζαλδεύδης

8 Formylation Φορµυλίωση A008 Vilsmeier eaction Me 2 C P 3 Me 2 =C(P 2 ) P2 2 Me 2 =C Me Me Me 2 Me 2 P 2 2 P()2 Me 2 ouben-oesch Synthesis of Ketones Σύνθεση Κετόνων C 2 / Zn 2 2

9 AMATIC CEMISTY Electrophilic Metallation eactions Ηλεκτροφιλικές αντιδράσεις µετάλλωσης Mercury and thallium insertion Εισαγωγή υδράργυρου και Θάλιου A009 F 3 CC (CCF 3 ) 2 Tl F 3 CC CF3 C 2 Tl CCF 3 KI F 3 CC CCF 3 Tl I K Meisenheimer type complex Σύµπλοκο τύπου Meisenheimer I TlCCF3 CF3 C 2 K GD for I or C insertion ΚΑΛΟ για εισαγωγή I ή C

10 IETATI F ELECTPILIC SUBSTITUTI S A010 ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙ ΡΑΣΕΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΦΙΛΙΚΗΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Statistically Στατιστικά 2 : 2 : 1 Ph- Product Composition Σύνθεση Προϊόντων eaction Conditions Συνθήκες Αντίδρασης ortho meta para = / 2 S 4 / 100 o C = Me / 2 S 4 / 25 o C = Me / Ac 2 / 10 o C = / 2 / 20 o C Through bond IDUCTIVE effects less important than ESACE effect Επαγωγικά φαινόµενα πιο σηµαντικά από το φαινόµανο συντονισµού Ph- = = Me = = I = = 2 = Me 3 elative rates Σχετικές σταθερότητες x 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

11 IETATI F ELECTPILIC SUBSTITUTI S ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΦΙΛΙΚΗΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ A011 Ph 2 ortho 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- disfavoured Έτσι ο- και p- δεν ευνοούνται m- favoured ευνοείται meta o- & p- m- para G eaction Coordinate Πρόοδος της αντίδρασης C=, =S 2 and C also have higher internal energies of o- / p- sigma complexes therefore these formed more slowly!! Meta directing. C=, =S 2 και C επίσης έχουν ψηλές εσωτερικές ενέργειες o- / p- sigma συµπλόκων έτσι σχηµατίζονται πιο αργά!! Κατεύθυνση Meta.

12 IPS SUBSTITUTI - ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ IPS A012 SiMe 3 SiMe 3 Me 3 Si Intramolecular earrangement possible Πιθανή ενδοµορική αναδιάταξη Trapping of arenium ion possible Πιθανή παγίδευση ιόντος αρενίου Me Me 2 Ac - Me 2 Me Ac Me Ac 2Me 2 Me Ac Me 1,4-Elimination 1,4- ιάσπαση Kinetic vrs Thermodynamic Control Κινητική vrs Θερµοδυναµικού Έλεγχου T 1 B T 1 A Compound A forms FASTE than B Οι ένωση Α σχηµατίζεται ΓΡΗΓΟΡΟΤΕΡΑ από τηνβ Lower Energy Barrier Χαµηλότερο ενεργειακό εµπόδιο Compound B more stable than A Β σταθερότερη από την Α G A B Given enough TIME and TEMPEATUE compound B becomes MAJ product Σε περισσότερη ΩΡΑ και ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ η ένωση Β γίνεται το κυριο προϊόν eaction Coordinate Πρόοδος Αντίδρασης

13 BIC EDUCTI - ΑΝΑΓΩΓΗ BIC A013 in 3 (l) & and M = Li or a If = EDG then k SET If = EWG then k SET If = EDG SET M M.. radical anion ριζικό ανιόν M M 1,4-dihydrobenzene prefered Προτιµάται 1,4-διυδροβενζόλιο If = EWG a, 3 (l) Et

14 ucleophilic omatic Substitution Πυρηνοφιλική Αρωµατική Υποκατάσταση yne Formation Σχηµατισµός Αρυνίου E1 C B A * * * * i) 2 2 K 2 Benzyne Βενζύνιο 3 ii) 1 : 1 F F Li/g Li LiF Et 2 a / o C a 2 Biphenylene ιφαινυλένιο Anthracene Ανθρακένιο Triptycene Τριπτυκένιο

15 ucleophilic omatic Substitution Πυρηνοφιλική Αρωµατική Υποκατάσταση A015 S 1 or S 2!! 2 2 Me Me Me Meisenheimer Complex = -ve charged σ-complex Σύµπλοκο Meisenheimer= αρνητικό φορτίο σ-σύµπλοκο Et Et 2 Et 2 Et Et Me Et Inductive stabilisation of Meisenheimer Complex Επαγωγική Σταθεροποίηση του συµπλόκου Meisenheimer a

16 ylalkanes Αρυλαλκάνια omenclature Ονοµατολογία A016 C 3 C 3 C 3 3 C C 3 C 3 3 C C 3 3 C C 3 Toluene Τολουόλιο ylenes Ξυλένιο Mesitylene Μεσιτυλένιο 1,3,5-Trimethylbenzene 1,3,5-Τριµεθυλοβενζόλιο Durene Ντουρένιο 1,2,4,5-Tetramethylbenzene 1,2,4,5-Τετραµεθυλοβενζόλιο Synthesis Σύνθεση Friedel Crafts, followed by reduction, cf. emmensen or Wolf Kishner Friedel Crafts, ακολουθεί αναγωγή, cf. emmensen ή Wolf Kishner Alkenylalkanes via Dehydration, or dehydrohalogenation Αλκενυλαλκάνια µέσω Αφυδάτωση ή Αφυδραλογόνωση K/Et K/Et Styrene Στυρένιο C 2 =C 2 3 P 4 Cr 3 /Al C dehydrogenation αφυδάτωση Styrene Στυρένιο Ethenylbenzene Αιθενυλοβενζόλιο Self polymerisation of styrene Αυτοπολυµερισµός του Στυρενίου. PhC=C 2 Ph. Polystyrene Πολυστυρένιο. radical initiator attacks β carbon to give stable benzylic radical. εκκινητής ριζών, προσβάλλει το β άνθρακα δίνοντας σταθερή βενζυλική ρίζα

17 ylalkanes Αρυλαλκάνια Electrophilic addition also β gives benzylic cations Ηλεκτροφιλική προσθήκη επίσης β δίνει βενζυλικά κατιόντα Markownikoff Addition: Most stable carbocation Προσθήκη κατά Markownikoff: Πιο σταθερό καρβοκατιόν.... A017 ucleophiles add α Τα πυρηνόφιλα προστίθονται στον α major contribution κύρια συνεισφορά esonance stabilisation of benzylic radicals and cations Σταθεροποίηση βενζυλικής ρίζας και κατιόντος µε δοµές συντονισµού u u Example Παράδειγµα 1-omoethylbenzene 1-Βρωµοαιθυλοβενζόλιο Kharasch peroxide effect, reverses normal ionic regioselectivity Επίδραση υπεροξειδίου Kharasch, αναιρείται η ιονική τοποεκλεκτικότητα In. In In,. 2-omoethylbenzene 2-Βρωµοαιθυλοβενζόλιο 2 /Pt 20 C / 2 atm 2 2 PhLi 2 Styrene oxide Οξείδιο Στυρενίου 2 S 4 trans-stilbene trans-στιλβένιο

18 omatic halides Αρωµατικά αλογονίδια omenclature Ονοµατολογία A018 Synthesis - Σύνθεση yl halides Αρυλαλογονίδια aryl halides αρυλαλογονίδια halobenzene αλογονοβενζόλιο 1- or α-halomethylbenzene 1- ή α-αλογονοµεθυλοβενζόλιο benzyl halide βενζυλαλογονίδιο benzal halide βενζαλαλογονίδια 2 LA cf chlorobenzene, bromobenzene, iodobenzene βλ. χλωροβενζόλιο, βρωµοβενζόλιο, ιωδοβενζόλιο C 3 2- or β-haloethylbenzene 2- ή β-αλογονοαιθυλοβενζόλιο trihalomethylbenzene τριαλογονοµεθυλοβενζόλιο benzotrihalide βενζοτριαλογονίδιο 2 - ylalkyl halides Αρυλαλκυλαλογονίδια ( = or ) n Y n Y = P 3, P 3,, etc n = 0,1,2... Benzyl chlorides Βενζυλοχλωρίδιο or chlorination of toluene ή χλωρίωση τολουολίου C 3. chloromethylation, C 2 & Χλωροµεθυλίωση hν C 2 2 C 2. sunlight or radical initiator ακτινοβολία ή εκκινητής ριζών. C 2 C 2.. C 2 2 C 3. more reactive than. so less regioselective benzyl chloride βενζυλοχλωρίδιο benzotrichloride βενζοτριχλωρίδιο benzal chloride βενζαλοχλωρίδιο. πιο δραστικό από το πιο. τοποεκλεκτικό Et 2 hν 2 hν only µόνο 56% 44%

19 omatic halides Αρωµατικά αλογονίδια eactions - Αντιδράσεις A019 Li Li Mg Mg TF Et 2 = or I C 2 i) C 2 ii) Mg i) C ii) 2 C() i) C ii) C(Et) 3 C(Et) 2 2 Attention!!! Grignards strong bases Προσοχή!!! Τα αντιδραστήρια Grignards είναι ισχυρές βάσεις Mg Mg 1 C 2 C 1 Metallation via SET mechanism Μετάλλωση µέσω SET µηχανισµό - Mg -.- Mg.. Mg. - Mg Covalent bond! Οµοιοπολικός εσµός! Aggregates... Solvant important Can effect chemistry Μπορούν να επιρεάσουν τη χηµεία Αιωρήµατα...Σηµαντική διαλυτότητα 2 Mg 2 Mg Mg 2 2 MgMg 2 Et 2 TF Schlenk Equilibrium Ισορροποία Schlenk Wurtz-Fittig reaction Αντίδραση Wurtz-Fittig Ullman eaction Αντίδραση Ullman - Lithium Copper eagents Αντιδραστήρια Λιθίου Χαλκού Mg - - a or K a - -I Cu [-Cu] - Cu Et 2 -I 2 CuLi - - Poor yields! Χαµηλές αποδόσεις!

20 omatic halides Αρωµατικά Αλογονίδια β-ylethyl halides β-αρυλαιθυλαλογονίδια eactions - Αντιδράσεις eighbouring Group Participation GP!!! Anchimeric assistance Συµµετοχή Γειτονικής Οµάδας!!! A020 u S 2 u u Phenonium Ion Ιόν Φαινονίου Triphenylmethyl Cations / radicals Τριφαινυλοµεθυλικά Κατιόντα / ρίζες (Ph) 3 C S 2 etc Ag. 2 (Ph) 3 CC(Ph) 3 (Ph) 3 C. Too Bulky to dimerise at methyl Πολύ ογκόδες για να διµεριστεί στο µεθύλιο C(Ph) 3

21 omatic alcohols (arylalkanols T phenols) Αρωµατικές αλκοόλες (αρυλαλκανόλες ΟΧΙ φαινόλες) omenclature Ονοµατολογία Phenol Chemistry different ιαφορετική η χηµεία της Φαινόλης phenylmethanol φαινυλοµεθανόλη benzyl alcohol Βενζυλική αλκοόλη A or β-hydroxyethylbenzene 2- ή β-υδροξυαιθυλοβενζόλιο Synthesis Σύνθεση ydrolysis of Benzyl Chloride Υδρόλυση του βενζυλικού χλωριδίου eduction of benzaldehyde Αναγωγή της βενζαλδεύδης 2 / ab 4 r via Grignard eagents Ή µέσω αντιδραστηρίων Grignard ' ' ' M M 2 ' M ' 2 ' M =, alkyl, or aryl; M = Mg. or Li eactions Αντιδράσεις xidations Οξειδώσεις 1 o V. similar to alkanols, alkyl ethers, alkyl esters Πολύ παρόµοιες µε αυτές των αλκανολών, αλκυλοαιθέρων, αλκυλοεστέρων 2 o Benzylic Carbocation (resonance stabilized) If no uc then Polymerisation occurs Βενζυλικό Καρβοκατιόν (σταθεροποίηση µε δοµές συντονισµού) Αν δεν υπάρχουν uc συµβαίνει πολυµερισµός 2 C 2 uc 1 o, 2 o, 3 o 2 uc Benzyl ethers Protecting Groups eaved by: Acid, ydrogenation over Pd cat Βνζυλικοί αιθέρες Προστατευτικές οµάδες ιάσπαση µε: Οξύ, Υδρογόνωση µε κατ.pd C 2 4-MeC 6 4 C 2 V. easy to cleave Πολύ εύκολο να διασπαστεί

22 omatic Carbonyl Compounds Αρωµατικές Καρβονυλικές Ενώσεις A022 aldehydes αλδεύδες Benzaldehyde esonance forms οµές Συντονισµού Βενζαλδεύδης Synthesis Σύνθεση Gatterman-Koch xn Deactivated ing toward E & Deactivates C= towards uc Μη δραστικός δακτύλιος µε E & Απενεργοποιεί το C= σε uc ydrlysis of benzal chloride with alkali Υδρόλυση του βενζυλικού χλωριδίου µε αλκάλια C 2 / 2 Vilsmeier Formylation only for electron rich araldehydes, benzene unreactive Φορµόλυση Vilsmeier µόνο για αλδεύδες πλούσιες σε ηλεκτρόνια, το βενζόλιο είναι αδρανές Partial reduction of acid chlorides, nitriles and esters Μερική αναγωγή των χλωριδίων οξέων, νιτριλίων και εστέρων eactions Αντιδράσεις V. similar to alkanols, alkyl ethers, alkyl esters Πολύ παρόµοιες µε αυτές των αλειφατικών αλκοολών, αλκυλοαιθέρων, αλκυλεστέρων, ED Οξειδοαναγωγή ED Schiff Base formation Σχηµατισµός βάσης Schiff less reactive to uc than aliphatic aldehydes Λιγότερο δραστικές σε uc απ ότι οι αλειφατικές αλδεύδες K for 1 o amines, hydrazines ( 2 ), semicarbazide ( 2 C 2 ), hydroxylamine ( 2 ) ΟΚ για 1 o αµίνες, υδραζίνες ( 2 ), ηµικαρβαζίνες ( 2 C 2 ), υδροξυλαµίνες ( 2 ) Gives imines hydrazones semicarbazones oximes ίνει ιµίνες υδραζόνες ηµικαρβαζόνες οξίµες

23 omatic Carbonyl Compounds aldehydes - Aραλδεύδες eactions - Αντιδράσεις A023 Bisulfite addition - cyanohydrin formation Προσθήκη as 3 - σχηµατισµός κυανυδρίνης as 3 S 3 a ac 2 C Direct formation complicated due to benzoin formation Απευθείας σχηµατισµός περιπλέκεται από το σχηµατισµό βενζοϊνης Benzoin Formation Σχηµατισµός Βενζοϊνης C C 2 C C C Me Me Deactivated to uc addition Αδρανές σε προσθήκη uc C C Deactivated to E attack Αδρανές σε E προσβολή Benzoin βενζοϊνη ther typical xns Άλλες τυπικές xns B B B = alkyl (a/et) aisen-schmidt = -alkyl (aet) aisen = C (aac / 180 o C) Perkin = Et; = C 2 Et (piperidine / 100 o C) Knoevenagel 2 π-conjugation π-συζυγία thermodynamic stability θερµοδυναµική σταθερότητα 2

24 omatic Carbonyl Compounds aldehydes eactions Αντιδράσεις Perkin xn cyclic intermediate assists dehydration step κυκλικό ενδιάµεσο βοηθά το στάδιο αφυδάτωσης A024 Typical conditions aac / 180 o C reflect weak basicity of the acetate anion Τυπικές συνθήκες aac / 180 o C απεικονίζουν ασθενή βασικότητα του οξικού ανιόντος Use strong base a = rxn K at -5 o C Χρήση ισχυρής βάσης C 2 C C2 C 2 (C 2 C) 2 C 2 C 2 Cannizzaro xn Mutual xidation - eduction Ταυτόχρονη Οξείδωση - Αναγωγή Chelation Control assists interm,olecular ydride transfer Έλεγχος ακτυλίωσης βοηθά την ενδοµοριακή µετατόπιση Υδριδίου a a Use of more electrophilic formaldehyde leads to exclusive benzyl alcohol formation Χρήση πιο ηλεκτονιόφιλης φορµαλδεύδης οδηγεί στον αποκλειστικό σχηµατισµό βενζυλικής αλκοόλης C C i) a ii) C 2 C 2 aldehyde less E due to π-conjugation with benzene ring αλδεύδη λιγότερο E της π-συζυγίας µε το δακτύλιο του βενζολίου

25 omatic Carbonyl Compounds omatic Ketones - Αρωµατικές Κετόνες A025 Synthesis Σύνθεση eactions Αντιδράσεις cf I (C=) ormally prepared by Friedel-Crafts Acylation xns Συνήθως παρασκευάζεται από ακυλίωση Friedel-Crafts r if Electron rich then by oesch xn Ή αν είναι πλούσια σε ηλεκτρόνια από oesch xn V. Similar to aldehydes, but increased steric and electronic deactivation Πολύ παρόµοια µε Αλδεύδες, αλλά αυξηµένη στερική και ηλεκτρονική απενεργοποίηση Ph Ph Ph Acetone Ακετόνη ν(c=) 1720 cm -1 Acetophenone Ακετοφαινόνη ν(c=) 1690 cm -1 Benzophenone Βενζοφαινόνη ν(c=) 1640 cm -1 Benzoin-benzil-benzilic acid rearrangement Αναδιάταξη Βενζοϊνης-βενζίλης-βενζιλικού οξέως 3 a Ph Ph Ph Ph Ph Ph Ph Ph Benzoin Βενζοϊνη Benzil Βενζίλη omatic Acids, Esters & Amides Αρωµατικά Οξέα, Εστέρες & Αµίδια Synthesis of Benzoic acid Σύνθεση Βενζοϊκού Οξέος Benzilic Acid Βενζιλικό Οξύ Ph Ph ydrolysis of benzotrichloride Υδρόλυση βενζοτριχλωριδίου a / 2 a PhC 3 PhC 2 PhC xidation of Toluene Οξείδωση Τολουολίου 2 / Co(Ac) 2 PhC 3 PhC 2 Commercial source Βιοµηχανική παρασκευή xidation of benzyl alcohol, or benzaldehyde Οξείδωση βενζυλικής αλκοόλης ή βενζαλδεύδης KMn 4 [] PhC 2 PhC PhC 2 eaction of Grignard with C 2 Αντίδραση Grignard µε C 2 C 2 PhMg PhC 2 Mg PhC 2

26 omatic Acids,Esters, & Amides Acidity - Οξύτητα A026 Electronegativity of C atoms sp > sp 2 > sp 3 Ηλεκτροαρνητικότητα του C Acidities not allways predictable Η οξύτητα δεν είναι πάντα προβλεπτή Substituent Υποκαταστάτες F Me 2 o pk a m Stability of Carboxylate anion depends on inductive and resonance effects Η σταθερότητα των Καρβοξυλικών ανιόντων εξαρτάται από φαινόµενα επαγωγικά και συντονισµού Explains why pk a benzoic acid (4.2) more acidic than acetic acid (4.8) Εξηγεί γιατί το pk a του βενζοϊκου οξέος (4.2) είναι πιο όξινο από του οξικού οξέος (4.8) p Y Y resonance destabilisation of anion Αποσταθεροποίηση του ανιόντος µε συντονισµό etc κλπ Y =,, 2 Inductive effect greatest at o-, least at p- Μέγιστο επαγωγικό φαινόµενο στην ο-, ελάχιστο στην p- But o- has steric effect, prevents planarity Αλλά ο- έχει στερικό εµπόδιο, παρεµποδίζει την επιπεδότητα xns of Acids xns µε οξέα C 2 A B A B Inductive & resonance stabilisation (o-p only) Σταθεροποίηση επαγωγική & µε συντονισµό (µόνο στα ο-p) etc AB = 2, S 3, C etc C 2 2 Esters Εστέρες C 2 P 3 or S 2 C Acid Chlorides Χλωρίδια οξέων C ' a C ' 2 a Base: a, aac, Py etc etc Βάση C 2 ' yl benzoates Αρυλικοί βενζοεστέρες C' Anilides Ανιλίδες Schotten-Baumann procedure µέθοδος 2 2 PhC 3 Benzamide Βενζαµίδιο Benzoyl chloride Βενζυλικό χλωρίδιο

27 omatic Carbonyl Compounds Αρωµατικές Καρβονυλικές Ενώσεις Directed ortho Lithiation of Benzamides Κατεύθυνση ortho Λιθίωση Βενζαµιδίων A027 Y = C 2, 'C, al, S 8, 2 S 2, 2 /, S ('Li) ('Li) ' Y Li Y regioselective τοποεκλεκτική Alkyl lithiums aggregate in organic solvents, TF TMEDA normal solvent systems Αιώρηµα Αλκυλολιθίου σε οργανικούς διαλύτες, TF TMEDA συνήθη συστήµατα διαλυτών TMEDA = tetramethylethylenediamine breaks aggregates down to monomers - dimers basicity τετραµεθυλαιθυλενοδιαµίνη σπάξει τα αιωρήµατα σε µονοµερή - διµερή βασικότητα o Amides 2 o Αµίδια t BuLi / TF TMEDA / -78 o C Me Me Me inductively increases acidity of 2- Me αυξάνει επαγωγικά την οξύτητα των 2- Double ortho coordination ιπλή ortho ένταξη C 'Li 1) 'Li Li D 2 Y 2) Y C 2 Me D Y xazole alternative Οξαζόλες εναλλακτικά Y 1) 'Li 2) Y 2 C 2 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) Y 1) 'Li 2) Y 2 Y 2-yl-1,3-dioxolanes 2-Άρυλ-1,3-διοξολάνες 1) 'Li Y 2 C 2) Y

28 omatic Carbonyl Compounds Dicarboxylic acids ικαρβοξυλικά οξέα Commercial synthesis Βιοµηχανική Παρασκευή plasticizers, glyptal resins, and condensation polymers cf terylene πλαστικοποιητές, ρητίνες γλυπτάλης και συµπήκνωση πολυµαρών βλ. τερυλένιο C 3 2 / Co 3 C 2 2 / V 2 5 A028 C 3 Ac C o C o-ylene ο-ξυλένιο C 3 Phthalic acid Φθαλικό οξύ C 2 aphthalene Ναφθαλένιο dehydration αφυδάτωση C 3 p-ylene p-ξυλένιο C 2 Terephthalic Acid Τερεφθαλικό Οξύ Phthalic anhydride Φθαλικός Ανυδρίτης 3 / i) a / 2 C 2 Phthalimide Φθαλαµίδιο ii) C 2 Phthalamic acid Φθαλαµικό οξύ Al 3 Al 3 C 2 o-benzoylbenzoic acid ο-βενζοϋλβενζοϊκό οξύ Anthraquinone Ανθρακινόνη

29 omatic Sulphonic Acids Αρωµατικά Σουλφονικά Οξέα A029 S 3 2 S 4 / 40 C S 3 S 3 2 S 4 / 90 C S 3 Sulphonyl Chlorides Σουλφονυλικά Χλωρίδια S 3 S 3 P 5 S 2 S 3 (= or a) or P 3 Schotten-Baumann Type eactions Αντιδράσεις Τύπου Schotten-Baumann S 2 pyridine πυριδίνη Sulphonates Σουλφονικοί εστέρες (= aryl or alkyl) S 2 ' pyridine πυριδίνη S 2 ' Sulphonamides Σουλφοναµίδια itro Compounds and reduction products Νιτροενώσεις και προϊόντα αναγωγής C 3 2 aet C 2 2 C 2 C C 2 C() 2 C 2 2

30 itro Compounds: eduction Νιτροενώσεις: Αναγωγή A030 2 [] 2 Pt, Pd Zn, Sn, Fe Electrochemical eduction Ηλεκτροχηµική Αναγωγή e M M. e M 2 M = Fe or Zn e... e.... Ph Ph Ph Ph Ṅ. Ph e.. Ṅ Ph e 2.. Ph itrozobenzene Νιτοβενζόλιο Phenylhydroylamine Φαινυλυδροϋλαµίνη Azo Compounds-Αζοενώσεις Ph Azoxybenzene Αζοξυβενζόλιο Ph As 2 3 a Zn Ph 2 a 2 2 /u/c K/alcohol Ph=Ph Azobenzene Αζοβενζόλιο PhPh ydrazobenzene ther Azoxybenzene Synthesis Υδραζοβενζόλιο Σύνθεση άλλων Αζοξυβενζολίων Ph Ph Ph Ph= Ph itrosobenzene Νιτροσοβενζόλιο Ph Ph Ph=()Ph Azoxybenzene Αζοξυβενζόλιο YELLW ΚΙΤΡΙΝΟ

31 AzoCompounds Aζοενώσεις Azobenzene synthesis Σύνθεση Αζοβενζολίου AZ DYES ΑΖΟ ΒΑΦΕΣ Ph Ph Ph=Ph 2 AGE ED ΠΟΡΤΟΚΑΛΟΚΟΚΚΙΝΟ Colour due to increased conjugation, Lower M-LUM gap Χρωµατιστές λόγο της αυξηµένης συζυγίας, Μικρότερο χάσµα M-LUM A031 Ph=()Ph Azoxybenzene Αζοβενζόλιο YELLW ΚΙΤΡΙΝΟ E-isomer E-ισοµερές Acid Catalysed earrangements Αναδιάταξη όξινης κατάλυσης Bamberger earrangement Αναδιάταξη Bamberger 2 2 hv Z-isomer Z-ισοµερές poor π-overlap, less colour φτωχή π-αλληλεπικάλυψη, λιγότερο χρώµα less stable in solution λιγότερο σταθερό σε διαλύµµατα 2 2 Benzidine earrangement Αναδιάταξη Benzidine 2 2 / Et 20 C 2 5,5-sigmatropic rearrangement 5,5-σιγµατροπική αναδιάταξη 2 p-semidine 25 % p-σεµιδίνη 2 2 o-semidine trace o-σεµιδίνη ίχνη π-complex π-σύµπλοκο 2 Benzidine 75 % Βενζιδίνη 2 o- & p- -(Aminophenyl)anilines o- & p- -(Αµινοφαινυλ)ανιλίνες

32 Anilines Ανιλίνες omenclature Ονοµατολογία A Synthesis Σύνθεση Toluidines Τολουϊδίνες C 3 C 3 3 C eduction of itro Compounds Αναγωγή νιτροενώσεων ylidines Ξυλιδίνες 2 Phenylenediamines Φαινυλενοδιαµίνες Anisidines Ανισιδίνες Me 2 Sn/ Pd/C, 2 In, 4 Pt, 2 ofmann Degredation Υποβάθµιση ofmann 2 K 2 K C 2 2 C 2 Selective eduction Εκλεκτική αναγωγή 2 a 2 S 2 2 Sn2 / 2 Me 2 Me 2 Me 2

33 Anilines Ανιλίνες Basicity Βασικότητα pk b C 3 pk b A033 pka S 4 2 S C 2 2 S 3 Sulphanilic acid Σουλφανιλικό οξύ 3 S C 2 o- & p-alkylanilines o- & p-αλκυλανιλίνες 1,4-benzoquinone 1,4-βενζοκινόνη a 2 Cr 2 7 / 2 S 4 2 mainly o- & p κύρια Fast Γρήγορα / 2 Slow Αργά 2 mainly m- & p κύρια 2 = or via µέσω

34 Anilines - Ανιλίνες A034 Anilides - Ανιλίδες C 3 C 3 90 % 3 / 2 20 C CC 3 2 o- 22 % p- 77 % -Acetylaniline Ν-Ακετυλανιλίνη (Acetanilide) (Ακετανιλίνη) rton eaction/αντίδραση sodium hypochlorite υποχλωρικό νάτριο C 3 a C 3 C 3 2 C 3 -Chloroacetanilide Ν-Χλωροακετανιλίνη -Alkylanilines Ν-Αλκυλανιλίνες hv or adical also works ουλεύουν επίσης hv ή Ρίζες p-chloroacetanilide p-χλωροακετανιλίνη Me Me 2 2 MeI or Me 2 S 4 pk b = 9.9 -Methylaniline Ν-Μεθυλανιλίνη eductive Alkylation Αναγωγική Αλκυλίωση 2 C pk b = 9.4,-Dimethylaniline Ν,Ν- ιµεθυλανιλίνη C 2 2 /Pt or a (Ac) 3 B 3 C 3 a LiAl 4 C/a LiAl 4

35 Anilines Diazonium - ιανονικά Άλατα A035 Me 2 a 2 Me 2 Me 2 Fischer-epp earrangement Αναδιάταξη Fischer-epp Me a 2 base Βάση Me [ ] S / 2 SC 2 Et KSC 2 Et 2 2 KI 2 I

36 Anilines Diazonium - ιαζονιακά άλατα A036 2 Cu. 2 Cu 2. Cu 2 Cu 2 a 2 /Cu 2 BF 4 F BF 3 2 Gomberg-Backmann eaction cf. Ullmann eaction Αντίδραση Gomberg-Backmann cf. Ullmann Αντίδραση 2 a -= a. Ph -Ph 2 fast γρήγορη Diazoaminobenzenes slow αργή p-aminobenzenes

37 Phenols Φαινόλες omenclature Ονοµατολογία Me Me A037 Phenol Φαινόλη Anisole Ανισόλη o-cresol ο-κρεσόλη Catechol Κατεχόλη esorcinol Ρεσορκινόλη ydroquinone Υδροκινόνη Pyrogallol Πυρογαλλόλη Phlorogucinol Φλορογκουκινόλη Synthesis: Industrial Βιοµηχανική Σύνθεση In / Cumene Κουµένιο 2 ld routes Παλιές µεθόδοι via Diazonium salts µέσω ιαζονικών Αλάτων S 3 i) a, 2 i) a or K 250 C, 1 x 10 7 Pa C Me ii) Me ii) Me p-cresol p-κρεσόλη 2 2 ο-omophenol ο-βρωµοφαινόλη

38 Phenols Acidity - Οξύτητα Φαινόλες pka 10 pka 18 2 A038 pka Picric Acid Πικρικό οξύ pka 0.8 Fe 3 aq a Litmus Chemical eactions Χηµικές Αντιδράσεις as C 4 82 % 20 % aq < 30 C 2 2 via 2 " "

39 Phenols Φαινόλες A039 Lederer-Manasse eaction Αντίδραση Lederer-Manasse C a C 2 Kolbe process Μέθοδος Kolbe C 2 a o- & p-isomers ισοµερή C 2 a C 2 o- & p-isomers ισοµερή Bakelite Βακελίτης a = o- K = p- eimer-tiemann xn C 3 a C 3 :C 2 :C 2 a 2 C 2 2 C 2 C Chelation Control o- > p- Έλεγχος ακτυλίωσης o- & p-isomers ισοµερή a a a Lederer-Manasse Kolbe a better than K a καλύτερο από το K eimer-tiemann

40 Phenols Φαινόλες Gatterman eaction A040 Zn(C) 2 C 2 2 C =, alkyl o- & p-isomers oesch (ouben-oesch) eaction = alkyl 1 C /Zn 2 C 1 2 o- & p-isomers Alkylation, Acylation, Sulphonylation Me CPh Me 2 S 4 PhC a a PhS 2, py S 2 Ph CMe C 2 (Ac) 2 C 2 Aspirin 2 S 4

41 Phenols Fries earrangement/αναδιάταξη Al 2 C Al 2 Al 3 C A041 1 Thermodynamic vrs kinetic control Θερµοδυναµικός vrs κινητικός έλεγχος Stabilisation through chelation favours ortho at high temperatures Σταθεροποίηση µέσω δακτυλίωση ευνοεί ortho σε ψηλές θερµοκρασίες aisen earrangement Αναδιάταξη aisen Al Al3 [3,3]-sigmatropic rearangement σιγµατροπική αναδιάταξη o- & p-isomers ισοµερή xidation Οξείδωση Ag 2 a 2 Cr 2 7 Et 2 /a 2 S 4 30 C/ 2 S 4 e. [] Me Me p-coupling p-σύζευξη Paraquinone Παρακινόνη Fe 3 C 3.. C 3 92% Me Me

42 Polycyclic enes Πολυκυκλικά Αρένια A042 aphthalene Ναφθαλένιο Anthracene Ανθρακένιο Phenanthrene Φαινανθρένιο Coronene Κορονένιο Chrysene Κρυσένιο Pyrene Πυρένιο Tetracene Τετρακένιο aphthalene Ναφθαλένιο C60 Fullerene C60 Φουλερένιο (α) 2 (β) pm 137 pm 1,4-Dihydro- 1,4- ιύδρο- 1,2,3,4-Tetrahydro- 1,2,3,4-Τετραύδρο- Tetralin Τετραλίνη Decahydro- εκαύδρο- Decalin εκαλίνη 140 pm 133 pm

43 aphthalene Ναφθαλένιο Synthesis Σύνθεση Al 3 A , K C 2 C 2 C C 2 2 Wolff-Kishner eduction/αναγωγή aworth xn (Friedel Crafts Acylation/Ακυλίωση) PPA Η Mg = Alkyl or yl α-tetralone α-τετραλόνη S 8 2 2, K C 2 C 2 Pd/C Diels-Alder xn Cr 3, 2 S 4 1,4-aphthoquinone 1,4-Ναφθοκινόνη

44 aphthalene Ναφθαλένιο Electrophilic Substitution Ηλεκτροφιλική Υποκατάσταση Kinetic vrs Thermodynamic Κινητική vrs θερµοδυναµική A044 CMe MeC Al 3, C /C 4 93% MeC Al 3, Ph 2 75% CMe 90% E E etc α has two lower energy σ-complexes!! α έχει δυο χαµηλής ενέργειας σ-σύµπλοκα!! E etc S 3 96% 2 S 4 80 o C 160 o C 2 S 4 2 S o C S 3 86%

45 aphthalene Ναφθαλένιο Electrophilic Substitution Ηλεκτροφιλική Υποκατάσταση poly substitution πόλυ υποκατάσταση A /(Ac) C ,8-1,5- C-2 & C-4 favoured/προτιµάται etc E E E E E etc C-2 attack faster than C-3 C-2 προσβάλλεται ευκολότερα από τον C-3 E E E etc E E etc

46 aphthalene Ναφθαλένιο xidation & eduction οξείδωση & Αναγωγή A046 V 5, C, air a/et 78 C a / i Pn 132 C Tetralin Τετραλίνη Cr 3, Ac, 25 C 1,4-dihydro- 1,4-διύδρο- 2 /cat igh Pressure Ψηλή Πίεση Decalin εκαλίνη bp 195 C Cis-Decalin Cis- εκαλίνη bp 185 C Trans-Decalin Trans- εκαλίνη

47 aphthylamines Ναφθυλαµίνες " 2 " Pd/C, A047 Mg Mg a 2 Et aphthyne 1-Ναφθύνη C 2 1-bromo- α-βρώµο- a 2 / 3 C 2 2 Bucherer xn via Sodium hydrogen sulphite µέσω Όξινου θειϊκού νατρίου as 3 as3 S 3 a S 3 a S 3 a 2 S 3 a as 3 S3 a as 3 2 Ac Ac Ac (Ac) 2 Py 3 Ac 2 2

48 aphthols Ναφθόλες S 3 a S 3 a a as C A048 i) a / 2 ii) i) a / 2 ii) 2 itrous Acid Νιτρώδες οξύ 2

49 Anthracene Ανθρακένιο A Synthesis Σύνθεση 2 C Al 3 2 S 4 Zn 9,10-Anthraquinone 9,10-Ανθρακινόνη Cr 3, Ac Diels-Alder Chemistry eactions Χηµικές Αντιδράσεις [] Pd/C 2 9,10-Dihydroanthracene 9,10- ιυδροανθρακένιο

50 Anthracene Ανθρακένιο Chemistry eactions Χηµικές Αντιδράσεις A050 [] Pd/C 2 Y 9,10-Dihydroanthracene 9,10- ιυδροανθρακένιο Y Y B B Y Th(III)Ac, omoanthracene 9-Βρώµοανθρακένιο CS 2 0 C 2 9,10-Dibromo-9,10-dihydroanthracene 9,10- ιβρωµο-9,10-διυδροανθρακένιο 9,10-Dibromoanthracene 9,10- ιβρωµοανθρακένιο itroanthracene 9-Νιτροανθρακένιο S 3 3 S S 3 3 S S 3 3 S 3 S 2,6- S 3 1,5-1,8-2,7-

51 Phenanthrene Φαιναθρένιο A igh Degree of Double Bond character Ψηλός χαρακτήρας διπλού δεσµού Synthesis Σύνθεση Al 3 aworth Succinoylation Σαξινοϋλωση aworth Zn/g emmensen eduction Αναγωγή emmensen 2 S 4 ab 4 2 S 4 [] Mg 2 S 4 [] hν [] 2 or I 2 Trans-Stilbene Trans-Στιλβένιο via Cis-Stilbene µέσω Cis-Στιλβένιο

52 Phenanthrene Φαινανθρένιο Chemistry Χηµεία A052 Y Y Y Y 2 Ac =, or Ac Ac Cr 3 Ac LiAl 4