US XII II.4. MPUSI ABNILII 1 II.4.1. Nomenclatura 1 II.4.2. Structura grupei carbonil 2 II.4.3. Metode de obtinere a compusilor carbonilici 2 II.4.3.1. Metode oxidative 2 II.4.3.2. Metode reductive 3 II.4.3.3. idroborarea alchinelor 4 II.4.3.4. eactia acizilor carboxilici si a derivatilor lor functionali cu compusi organometalici 5 II.4.3.5. Metode particulare 6 II.4.4. Proprietati fizice 8 II.4.5. eactivitatea compusilor carbonilici 9 II.4.5.1. Generalitati 9 II.4.5.2. eactii de Aditie Nucleofila simple 13 II.4.5.2.1. Nucleofili cu oxigen 13 II.4.5.2.2. Nucleofili cu halogen 14 II.4.5.2.3. Nucleofili cu carbon 15 II.4.5.2.4. Nucleofili cu sulf 17 II.4.5.3. eactii de condensare (Aditie Nucleofila Eliminare) 17 II.4.5.3.1. Nucleofili cu azot 17 II.4.5.3.2. Nucleofili cu carbon 21 II.4.5.4. eactii ale compusilor carbonilici in pozitia α 27 II.4.5.5. eactii redox 33 II.4.5.5.1. eactii de oxidare 33 II.4.5.5.2. eactii de reducere 34 II.4.5.5.2.1. eactii de reducere partiala 34 II.4.5.5.2.2. eactii de reducere totala 36 Modificarile ulterioare asupra continutului, operate de catre autor, nu fac obiectul vreunei notificari prealabile.
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 1 II.4. MPUSI ABNILII Definitie: compusi organici care contin gruparea functionala divalenta carbonil >= legata de doi radicali hidrocarbonati sau de un singur radical hidrocarbonat si un atom de hidrogen. ALDEIDE - alifatice - aromatice ETNE - alifatice (simetrice: acelasi ; nesimetrice: diferit) - aromatice (simetrice: acelasi ; nesimetrice: diferit) - mixte (nesimetrice: diferit, alifatic si aromatic) II.4.1. Nomenclatura ALDEIDE: i) se adauga sufixul al (om. si Eng.) la denumirea alcanului cu acelasi numar de atomi de carbon. ii) se denumesc de la numele feminin al acidului carboxilic pe care il pot forma prin oxidare, precedat de cuvantul aldehida. iii) sunt foarte raspandite denumirile triviale! 2 = 3 -= 3-2 -= 6 5 -= 6 5-2 -= =-= Metanal Aldehida formica Formaldehida Etanal Aldehida acetica Acetaldehida Propanal Aldehida propionica Propionaldehida Fenilmetanal Aldehida benzoica Benzaldehida Feniletanal Fenilacetaldehida Aldehida fenilacetica Dietanal Glioxal ETNE: i) se adauga sufixul ona (om.), one (Eng.) la denumirea alcanului cu acelasi numar de atomi de carbon. ii) se citeaza alfabetic radicalii, urmat de sufixul cetona. iii) sunt foarte raspandite denumirile triviale! 3 -- 3 3 -- 2-3 6 5 -- 3 6 5 -- 6 5 Propanona Butanona Fenilmetil cetona Difenil cetona Dimetilcetona Etilmetil cetona Acetofenona Benzofenona Acetona iclopentanona NTA: daca in molecula mai exista o grupare functionala cu prioritate de citare (I.U.P.A) mai mare decat carbonilul >=, de exemplu (arboxil), se foloseste prefixul oxo pentru atomul =, respectiv formil pentru grupa = atunci cand este legata ca si catena laterala, de exemplu:
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 2 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 3 -- 2 - =- 2-2 - 2-3 - 2 -- 2 - Acid 3-oxobutanoic Acid 5-oxopentanoic = Acid 3-formilpentanoic II.4.2. Structura grupei carbonil Vezi urs 1, pag. 33, 34. II.4.3. Metode de obtinere a compusilor carbonilici II.4.3.1. Metode oxidative A) XIDAEA ALANIL Vezi urs 6, I.1.1.3.1.3. pag. 23. Prezinta interes industrial si oxidarea cu aer, a cicloalcanilor pentru prepararea cetonelor ciclice ( ciclanone ) in prezenta catalitica a unor saruri organice de cobalt sau mangan [naftenati sau stearati, 3 -( 2 ) 16 - - ]: 2 iclohexan 2 / naftenati de o sau Mn - 2 iclohexanona B) XIDAEA ALENEL Vezi urs 7, I.1.3.5.3.2., pag. 30, 31. [-] 2 M, M: o 2, Mn 2 "naftenati" ai acestor metale : radical hidrocarbonat saturat a(ciclic) ramificat al unor acizi carboxilici ("acizi naftenici"-nici o legatura cu naftalenul!) prezenti in unele fractiuni petroliere ) XIDAEA ALILBENZENIL LA ATENA LATEALA Similar cicloalcanilor si in aceleasi conditii, se obtin cetone aromatice nesimetrice (alchilfenil cetone): 6 5-2 - 2 6 5 -- 2 Alchilbenzen Alchilfenil cetona In aceasta serie de compusi carbonilici, de interes industrial este prepararea benzaldehidei (aldehida instabila, foarte usor oxidabila la acid benzoic, chiar la simplul contact indelungat cu oxigenul atmosferic) prin oxidarea toluenului.
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 3 Protejare rapida prin esterificare xidare Anhidrida acetica 2 [] / r 3 ( 3 -) 2 6 5-3 6 5 - Diol geminal neizolabil D) XIDAEA ALLIL SI PESE INUDITE urs 10, II.2.1.4.4., pag. 21, 22; urs 10, II.2.1.4.5., pag. 23. II.4.3.2. Metode reductive Aldehide prin reducerea blanda a clorurilor acizilor carboxilici. i) prepararea agentului de reducere: Deprotejare -- 3 6 5-2 exces -- 3-2 3 - Diester geminal izolabil LiAl 4 3 ( 3 ) 3 - LiAl[( 3 ) 3 ] 3 3 - idrura de tritertbutoxilitiualuminiu = Benzaldehida - LiAl 4, hidrura de litiu-aluminiu este un agent de reducere prea energic in scopul propus. - tert-butanolul este preferat deoarece, avand radicalul hidrocarbonat voluminos, este, practic, nenucleofil. ii) reducerea in mediu riguros anhidru: δ i) LiAl(t-Bu) 3 conditii anhidre! ii) 2, - Lil, -Al() 3, - t-bu l lorura acida Li LiAl(t-Bu) -Li 3 2 - l l l l - Al(t-Bu) 3 - Li : - - intermediar tetraedric - inca un : - l-ar reduce la alcool! δ- unul singur!!! Aldehida
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 4 II.4.3.3. idroborarea alchinelor Vezi si urs 7, I.1.3.5.1.2.3., pag. 19, 20. Se aplica in cazul alchinelor avand legatura tripla terminala (marginala), in vederea prepararii de aldehide. egioselectivitatea interactiunii borului cu legatura tripla terminala din alchina, in acest caz, nu poate fi asigurata decat daca de catre un dialchil boran foarte incarcat steric, drept care: i) se prepara, preliminar, un dialchilboran foarte incarcat steric prin hidroborarea unei alchene cu legatura dubla cat mai substituita: I 3 3 3 I 2-Metil-2-butena ("Amilena") ( 3 ) 2 -= 2 3-Metil-1-butena (Izoamilena) B 3 ( 3 ) 2 --B 2 3 adical secundar izoamil abreviat sec-izoamil sau siamil sau sia ( 3 ) 2 =- 3 ( 3 ) 2 --B--( 3 ) 2 3 3 B(sia) 2 Siamilboran Nota 1: borul se fixeaza pe atomul de carbon din dubla legatura cel mai degajat steric. Nota 2: reactia se opreste in etapa de dialchil boran (un trialchilboran de acest tip ar fi prea incarcat steric). ii) se hidroboreaza alchina avand legatura tripla terminala cu dialchilboranul B(sia) 2 obtinut mai sus: - B(sia) 2 Na, 2 2 2 Enol - -B(sia) 2 - --B(sia) 2 -=- - B(sia) 2 : tautomerie B(sia) 2 : - - Na : : : - - 2 -= - - - -B(sia)2 -= B(sia)2 Aldehida Stare de tranzitie tetracentrica Na Na
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 5 II.4.3.4. eactia acizilor carboxilici si a derivatilor lor functionali cu compusi organometalici A) E T N E PIN EATIA AIZIL ABXILII U MPUSI LITI-GANII Are loc dupa schema generala: - ' δ- -Li δ - '- Acid Baza i) 2 '-Li mediu riguros anhidru! ii) 2, - 2 Li δ- δ ' δ- -Li δ -Li -Li -Li ' Intermediar tetraedric 2 2-2 Li ' - - 2 - ' Diol geminal instabil estrictii: - radicalul sa nu fie voluminos: atacul nucleofil la atomul de carbon carboxilic are fi impiedecat steric. - metoda este restransa ca aplicalbilitate la acizi carboxilici: in cazul utilizarii esterilor, este posibila si formarea de alcooli tertiari prin Aditie Nucleofila urmata de Eliminare (global, o substitutie): δ- δ- Li - "-Li ' -" δ- -Li δ Li δ ' δ- -Li δ δ 2 ' ' " ' ' - Li Intermediar Intermediar tetraedric tetraedric B) E T N E PIN EATIA DEIVATIL FUNTINALI AI AIZIL ABXILII U MPUSI GIGNAD Are loc dupa schema generala: --Y -MgX -- MgXY Y: l (cloruri acide), (esteri), N 2 (amide N-substituite), etc. ' ' '
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 6 Mecanismul acestor reactii este de tip Aditie Nucleofila la dubla legatura din gruparea >= urmata de Eliminare (global o substitutie), toate gruparile Y: - eliminate fiind baze mai slabe decat carbanionul : -. MgX δ- δ ' δ- -Mg δ X - MgXY Y Y ' Intermediar tetraedric II.4.3.5. Metode particulare ' Nota 1: viteza reactiei scade in functie de aptitudinea gruparii Y ca grupare fugace: - l > - " > - N 2 " Nota 2: se utilizeaza un raport echimolar --Y : '-MgX in caz contrar reactivul organomagnezian ar reactiona cu cetona formata Nota 3: reactia se executa in mediu anhidru cerut de reactivul organomagnezian A) BENZALDEIDA PIN FMILAEA GATTEMANN-K A BENZENULUI Vezi si urs 10, II.2.2.4.3., pag. 35, 36. Este o metoda particulara de preparare industriala a benzaldehidei dupa schema generala: All 6 6 3 / l / conditii anhidre! 6 5 -= Mecanismul reactiei consta dintr-o Substitutie Electrofila catalizata de Acidul Lewis All 3, agentul electrofil fiind carbocationul formil (- =) generat in situ din si l: - : : l All 3 [- : ][All 4 ] - [- =:][All 4 ] - Purtatorul de electrofil 6 6 [- =:][All 4 ] - - [All 4] - / Lent [All 4 ] - / apid 6 5 - All 3, - l = 6 5 -= Nota 1: reactie formal inrudita cu -acilarea Friedel-rafts a benzenului (urs 8, I.2.3.2.5.2., pag. 29). Nota 2: un carbocation aciliu de tipul = trebuie generat in situ deoarece clorura acidului formic --l este instabila (se descompune rapid in l, urs 8, I.2.3.2.5.2., pag. 29).
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 7 B) ETNE AMATIE PIN -AILAEA FIEDEL-AFTS A BENZENULUI Vezi urs 8, I.2.3.2.5.2., pag. 29. ) ETNE PIN DEABXILAEA SAUIL DE ALIU ALE AIZIL ABXILII Au loc dupa schema generala: 4-500 o - 2a 2 uscat a 3 Se pot prepara atat cetone aciclice cat si ciclice care contin cu un atom de carbon mai putin fata de sarea de calciu. D) ADITIA APEI LA ALINE Vezi urs 8, I.1.5.2.2.2., pag. 13, 14. - - - - a 2 a 3 E) IDLIZA ALALINA A DEIVATIL DIALGENATI GEMINALI SN 2 / - - l EXEMPLU: Fabricarea benzaldehidei prin hidroliza clorurii de benziliden l - l rezultata la clorurarea toluenului la catena laterala (S.. urs SN 9, I.2.3.5.2.) l l 2 / - - 2 2 lorohidrina 6 5 -l 2-2 6 5 -() 2 2 6 - l 5 -= - l geminala lorura de instabila benziliden Diol geminal instabil ompusii clorurati sunt preferati din cauza ca sunt cei mai ieftini. Mecanismul hidrolizei depinde esential de natura radicalilor hidrocarbonati (de exemplu, in cazul benzaldehidei prin doua SN 1 succesive).
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 8 II.4.4. Proprietati fizice a) STAEA DE AGEGAE - singurul compus carbonilic gazos, in conditii normale, este formaldehida, 2 =. - termenii urmatori sunt lichide ( 3 -= p.f. = 21 o, 3 -- 3, p.f. = 58 o ) cu densitatea mai mica decat a apei. - termnenii superiori ai seriilor sunt solizi. b) SLUBILITATEA IN APA SI ALLI - compusii carbonilici dezvolta legaturi de hidrogen cu apa si alcoolii: () () - termenii cu 1 3 atomi de carbon (aldehide si cetone) sunt perfect solubili in apa si alcooli; solubilitatea in apa scade pe masura ce radicalii hidrocarbonati (hidrofobi) cresc. c) MISUL SPEIFI 3 2 1 6 5 -= (benzaldehida): migdale amare; 6 5 -=-= (E-3-fenilpropenal, aldehida cinamica ): miros de scortiosoara, etc. d) MMENTUL DIPL AL LEGATUII ABNIL >= 1 1 1 - δ δ- Ọ. : Ọ. : Ọ. : 2 2 2 (I) (II) (III) μ (D) 1 = 2 = : 2.29 formaldehida 1 = 3, 2 = : 2.69 acetaldehida 1 = 2 = 3 : 2.97 acetona u cat efectul electronorespingator I al radicalilor creste, ponderea structurii limita (II) creste, respectiv sarcinile partiale δ (in III) cresc adica polaritatea dublei legaturii carbonilice (implicit scade caracterul ei de dubla legatura). e) AATEISTII SPETALE Spectroscopia MN (urs 4, pag. 12); Spectroscopia I si UV (urs 5, pag. 11-13, 23, 25); Spectroscopia de Masa (urs 6, pag. 7, 8).
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 9 II.4.5. eactivitatea compusilor carbonilici II.4.5.1. Generalitati eactivitatea f u n d a m e n t a l a a compusilor carbonilici este dictata de tendinta naturala a atomului de oxigen carbonilic de a (se) acomoda (cu) sarcina negativa: α δ : δ- ATA NULEFIL ATA ELETFIL - -I, -E : : α δ- δ α DEPTNAE Tipica este reactia de ADITIE NULEFILA la dubla legatura carbonil >=; in acest context, compusii carbonilici pot fi considerati ca parteneri Electrofili cu carbon referitor la atomul de carbon carbonilic atacat de catre un Nucleofil. Mecanismul general: Nu: - Nu - - 107 o 107 o Nu Nu Nu π δ- : Lent : : - apid sp 3 Nu: - δ Stare de tranzitie 107 o Unghiul de Atac Nucleofil (traiectorie Burgi - Dunitz) Nota 1: validitatea unghiului de atac variaza putin deoarece ea asigura cea mai buna intrepatrundere intre orbitalii δ si Nu: - combinata cu repulsia electrostatica intre perechea de electroni ai Nu: - si electronii neparticipanti ai oxigenului carbonilic. Nota 2: in starea de tranzitie electronii π se deplaseaza spre oxigenul carbonilic fiind inlocuiti de cei ai Nu: -.
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 10 Nota 3: mecanismul Aditiei Nucleofile la dubla legatura carbonilica >= este mult favorizat de cataliza acida deoarece, preliminar, oxigenul carbonilic se protoneaza (functioneaza ca o baza) si, prin aceasta, se diminueaza mult energia de activare a procesului adica consumul energetic necesar separarii de sarcini in timpul atacului nucleofil. Preechilibru rapid Ọ. : Ọ δ δ- - Ọ.. Baza arbocation stabilizat prin efectul E Nu Nu Ọ. Nota: in marea majoritate a cazurilor, Nu este un acid mult mai slab decat cel utilizat drept catalizator INFLUENTE STUTUALE ASUPA MPUSIL ABNILII IN EATIILE DE ADITIE NULEFILA FATI STEII: se refera la accesibilitatea nucleofilului la atomul de carbon carbonilic (implicit inscrierea acestuia pe traiectoria Bürgi Dunitz). FATI ELETNII: se refera la efectele electronice ale substituentilor () grefati pe atomul de carbon carbonilic (maresc sau micsoreaza sarcina partial pozitiva a acestuia?) δ δ- I = 0 Impediment steric minim (alchil) δ- δ (alchil) (alchil) δ- > > δ I diminueaza sarcina pozitiva de la carbonul carbonilic creaza impediment steric > > (alchil) 1/3δ 1/3δ δ 1/3δ onjugarea diminueaza sarcina pozitiva de la carbonul carbonilic: ea este disipata la nivelul ciclului benzenic care creaza si impediment steric Scade reactivitatea in reactiile de Aditie Nucleofila la >= δ- δ- l -I l l -I δ δ- = >> l l -I l δ δ- = -I = 0 Efectele electronoatragatoare ale substituentilor grefati pe atomul de carbon carbonilic maresc sarcina pozitiva a acestuia si, implicit, reactivitatea in reactiile A.N. NLUZIE: IN EATIILE DE ADITIE NULEFILA, aldehidele sunt mai reactive decat cetonele
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 11 TAUTMEIA PTTPIA DE TIP ET-ENLI: MPUSI ABNILII E N L I Z A B I L I Proprietate a compusilor carbonilici care contin cel putin un atom de hidrogen in pozitia α fata de gruparea carbonilica: α ompus carbonilic Enol Tautomer carbonilic Tautomer enolic sp2 = sp2 sp2 = sp2 160.0 Kcal/mol 146.5 Kcal/mol onsta din izomerizarea partiala a formei carbonilice (m a i s t a b i l a) in forma enolica (m a i i n s t a b i l a) prin migrarea, formala, unui proton ( prototropica ) (evezi urs 8, I.1.5.2.2.2., pag. 13, 14; urs 10, II.2.2.3., B, pag. 27, 28; urs 11, II.3.3.2., pag. 5) Ea defineste exact notiunea de MPUSI ABNILII E N L I Z A B I L I. Starea de echilibru ceto enolic se poate atinge repede in cataliza acida sau bazica. In c a t a l i z a a c i d a : : : apid : Lent - - :
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 12 In c a t a l i z a b a z i c a : : : Proton acidifiat de efectele -I = si -E = B: - M - B B - B: - M :: : : - M M - : Anion enolat stabilizat prin conjugare Nucleofil bidentat (urs 9, II.1.5.1.) Nota 1: compusul carbonilic α-deprotonabil se denumeste ca si "combinatie acida (pseudoacid)". Nota 2: aciditatea acestor combinatii acide este cca. pka = 20, mai mica decat cea a (pka = 17) sau a - inferiori (pka = 18) asadar anionul enolat este o baza mai tare ca B - M de tip - Na, Et - Na, etc. echilibrul fiind deplasat catre stanga. Nota 3: echilibrul poate fi complet deplasat catre dreapta, in mediu riguros anhidru, cu BM mult mai tari ca anionul enolat, e.g. LDA (pka = 40, urs 11, II.3.5.1.). i) Daca enolul (enolatul) participa, mai departe, la o reactie implicand pozitia α, echilibrele se deplaseaza catre dreapta, indiferent de tipul de cataliza. ii) Generalizare: sunt combinatii acide (pseudoacizi) cele de tipul >-X=Y in care gruparea X=Y are efect E si I. X Y B: - M - B Y - M : X X : - Y M N N -
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 13 II.4.5.2. eactii de Aditie Nucleofila simple II.4.5.2.1. Nucleofili cu oxigen ADITIA APEI Este cunoscuta si sub denumirea de hidratare a compusilor carbonilici solubili in apa (termenii inferiori 1 3 ). Este un proces de echilibru intre compusul carbonilic si un diol geminal. Pozitia echilibrului depinde de natura compusului carbonilic. 1 2 () 2 In cataliza acida ataliza acida ( ) sau Bazica ( - ) 2 - - 2 1 2 Diol geminal; "idrat" - 2 [idrat] K = [ompus carbonilic] In cataliza bazica - - - - - - - - 1 2 1 K 2 10-3 7 10-1 2 10 3 3 10 3 0 2 1 3 3-2 l 3 6 5 2 3 benzaldehida: insolubila in apa In unele cazuri, deplasarea echilibrului practic complet catre dreapta este sugerata chiar de denumirea triviala a compusului carbonilic, de exemplu: - formaldehida 2 =, ca solutie apoasa in care exista sub forma diolului 2 () 2, se numeste f o r m o l. - tricloroacetaldehida l 3 -= ( cloral lichid uleios) este stabila numai sub forma hidratului de cloral, un solid alb, l 3 -() 2. - glioxalul =-= este stabil numai sub forma glioxalului monohidrat =-() 2, solid alb. ADITIA ALLIL Vezi urs 10, II.2.1.4.2.2, pag. 13.
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 14 ADITIA AIZIL ABXILII Specifica mai ales aldehidelor; furnizeaza mono- sau diesteri ai diolilor geminali: -= A.N. / S.N. / '- '- - 2 --' Monoester al diolului geminal --' --' Diester al diolului geminal Diesterii diolilor geminali pot fi priviti, la fel ca si acetalii (urs 10, II.2.1.4.2.2., pag. 13), ca forme protejate, temporar, ale functiunii carbonil: hidroliza acida sau bazica a acestor diesteri reface functiunea carbonil initiala. II.4.5.2.2. Nucleofili cu halogen Este de interes aditia hidracizilor l, Br la aldehide: se obtin halohidrine geminale, instabile, care pot fi transformate mai departe, in cataliza acida, in eteri α,α -dihalogenati mai stabili. (alohidrine vicinale, urs 7, I.1.3.5.1.2., pag. 15). A.N. X -= - X X - X - - X - -= -- arbocation stabilizat prin efectul E alohidrina geminala SN 1 -X-, - 2 / - -X-, 2 / α α' -X--X- Eter α,α'- dihalogenat - - 2-2 -=X --Ẋ. : -X- -X--X- X 2 : : arbocation - -X- stabilizat prin efectul E X eversibilitatea reactiei si instabilitatea compusilor poate fi exploatata prin utilizarea halohidrinelor geminale si a eterilor α,α -dihalogenati ca surse de carbocationi stabilizati (electrofili), - - sau - -X in reactii S.E. asupra unor substraturi reactive fata de acesti carbocationi.
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 15 II.4.5.2.3. Nucleofili cu carbon ADITIA MPUSIL GANMAGNEZIENI Vezi urs 10, II.2.1.2.2., 3D., pag. 7 ADITIA AETILUIL ALALINE LA ALDEIDE Vezi urs 8, I.1.5.2.3., pag. 17. ADITIA AIDULUI IANIDI Decurge dupa schema generala: - : N - - - : N -, - - [ianhidrina] ianhidrina K = N - -, N - [ompus carbonilic] - duce la obtinerea de cianhidrine, nitrili ai acizilor α-hidroxicarboxilici. - are loc in mediu bazic, apos, prin tratarea compusului carbonilic cu o cianura alcalina, uzual K - N. - este un proces reversibil, anionul cian - : N: fiind si o foarte buna grupate fugace (izoster cu molecula de azot!). - pozitia echilibrului depinde de natura compusului carbonilic, aldehidele fiind mai reactive decat cetonele. 3-2 -= KN A.N. / 2 Propanal 100 % 3-2 -- N 2-idroxibutanonitril idroliza 2 2 / 4 3 2 1 4 3 2(α) 1 3-2 -- - N 3 Acid α-hidroxibutanoic KN / 3-2 -- 2 3 2 2 / 3 3 3-2 -- N 3-2 -- - N 3 95 % 2-idroxi-2-metilbutanonitril Acid α-hidroxi-α-metilbutanoic
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 16 3 3 3 N 3 KN / 3 ---- 2 1 2 3 4 5 3 3 3 3 3 5 % 3 3 Ditertbutil cetona 2,2,4,4-Pentanona 3-iano-2,2,4,4-tetrametil-3-pentanol ondensarea benzoinica: reactie tipica Umpolung ( inversarea polaritatii ) - tipica pentru aldehidele aromatice, mai ales in cazul benzaldehidei. - metoda de preparare a hidroxicetonelor vicinale aromatice. - metoda valorifica aptitudinea de Grupa Fugace a nucleofilului cian - : N:. - decurge dupa schema: Mecanism: Ph-= - : N: δ δ- N Ph Ph : :- 2 Ph-= - : N: Migrare proton spre a genera un carbanion Ph-- : - dublu stabilizat prin conjugare N -I, -E N Ph -: : - Ph - : N: Ph---Ph - N N Ph---Ph Benzoina - - - Ṇ. : N - Ph δ- δ =-Ph N Nucleofil cu carbon fata de o alta molecula de benzaldehida - rolul ionului cian este catalitic, el constand din activarea pozitiei benzilice din anionul cianhidrinei intermediare (efectul I N si E N faciliteaza migrarea protonului benzilic acidifiat ).
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 17 II.4.5.2.4. Nucleofili cu sulf Este de interes practic aditia sulfitului acid de sodiu (NaS 3, bisulfit de sodiu ) la compusii carbonilici inferiori, ca metoda de purificare expeditiva si foarte eficace a acestora: - δ - : S Na δ - - S 3 Na "ombinatie bisulfitica" l - Nal, -S 2, - 2 La tratarea compusului carbonilic cu Na sol. aq. / S 2 (sursa comoda de NaS 3 ) rezulta imediat combinatia bisulfitica a acestuia sub forma unui solid cristalin, stabil, insolubil in apa, usor filtrabil. Acesta poate fi, ulterior, descompus in mediu acid (e.g. cu l) spre a regenera compusul carbonilic initial. II.4.5.3. eactii de condensare (Aditie Nucleofila Eliminare) Sunt denumite ca si r e a c t i i de c o n d e n s a r e procesele de Aditie Nucleofila la dubla legatura carbonilica urmate de Eliminare deoarece produsul reactiei A.N. este i n s t a b i l. Au loc in cataliza acida sau bazica; in urma reactiei de eliminare, uzual, se formeaza apa. II.4.5.3.1. Nucleofili cu azot Acestia sunt de forma 2 N-Y adica amine si analogi (inclusiv amoniac): >= 2 N-Y >=N-Y 2 ondensarile au loc in cataliza slab acida (p = 4.5 5, in prezenta 3 -, p-ts- etc.) pentru a activa dubla legatura carbonilica: medii mai acide ar protona amina anulandu-i nucleofilicitatea!: Y-N 2 Y-N 3 Aditia Nucleofila in cataliza acida Eliminare E-1 in cataliza acida Lent apid 2 N-Y - apid 2-2 N-Y N-Y - N-Y - Instabil N 2 -Y N-Y - N-Y N-Y
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 18 Exemple: Y-N 2 N 3 Amoniac -N 2 Amine primare -N 2 idroxilamina 2 N-N 2 idrazina Ph-N-N 2 Fenilhidrazina >=N-Y >=N >=N- >=N- >=N-N 2 >=N-N-Ph Denumirea idrazone Fenilhidrazone Imine (Aldimine, etimine) Baze Schiff (Azometine) xime (Aldoxime, etoxime) Nota 1: produsii de condensare >=N-Y sunt cu atat mai stabili cu cat este vorba despre termenii superiori ai seriilor. Nota 2: produsii de condensare pot fi hidrolizati in mediu apos puternic acid spre a regenera compusul carbonilic si amina de pornire: 2 este acum Nucleofilul in mare exces iar mediul puternic acid transforma nucleofilul Y- N 2 in specii Y-N 3 lipsite de nucleofilicitate!! NDENSAEA FMALDEIDEI U AMNIAUL az particular de condensare, conform reactiei stoichiometrice: 6 2 = 4 N 3 ( 2 ) 6 N 4 6 2 A.N. E-1 / N 2-3 3 2 = 3 N 2 2 3 3 2 =N 2 Trimerizare N N N N Formaldimina : N 2 extrem de reactiva N N 2 N 2 si neizolabila Trimer ciclic neizolabil in aceste conditii 2 = = 2 N 3 1 8 1 2 2 = 2 2 N 2 N 8 2 2 N N 3 A.N. / N 2-3 2 2 UTPINA N 9 N N N N N N 7 3 7 N 10 2 9 10 3 1,3,5,7-tetraazatriciclo [3.3.1.1 3,7 ]decan 6 5 4 6 5 4 2 N 2 ondensarea are loc rapid, la simpla incalzire si amestecare a reactantilor conform stoichiometriei mentionate. ataliza acida este asigurata de urmele de acid formic (-) pe care formaldehida le contine inerent. Urotropina (solid cristalin) se descompune, la cald, devenind sursa de formaldehida si amoniac in sinteza organica.
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 19 Metilamina reactioneaza similar, reactia oprindu-se in etapa de trimer ciclic. A.N. E-1 / 3 3 -N 2 3 2 = - 3 2 3 3 -N= 2 N-metilformaldimina 3 N 2 N 2 3 N 2 3 PEPAAEA DE ENAMINE DIN ETNE ENLIZABILE SI AMINE SEUNDAE Vezi si urs 8, I.1.5.2.2.4., pag. 15 si urs 11, II.3.3.3.2., pag. 10. Enaminele (>=-N<) pot fi convenabil preparate din cetone enolizabile si amine secundare, in cataliza acida, dupa schema generala: N 2 1 2 2 2 N 1 -=- 2 2 Enamina etona enolizabila Mecanism: eactia consta dintr-o Aditie Nucleofila urmata de o Eliminare E-1 care implica atomul de carbon din pozitia α fata de gruparea carbonil astfel incat sa rezulte produsul cu dubla legatura cea mai substituita. 1 2 2 1-2 2 1 2 2 2 N N 2 N 2 1 2 2 1 2 2 - N 2 N 2 E-1 1 2 - Nota 1: Intermediarul cheie este un carbocation tertiar stabilizat prin efectele I( 1 ), I( 2 2 ), E(N 2 ). Daca 1 = (aldehida) 1 -=- 2 carbocationul este secundar, mai putin favorabil. Nota 2: eliminarea protonului se realizeaza astfel ca sa furnizeze dubla legatura cea mai substituita. 3 3 N N A.N. N 3
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 20 TANSPZITIA BEKMANN A ETXIMEL Izomerizare caracteristica cetoximelor (nu si aldoximelor!) prin care acestea se transforma in amide N-substituite: 1 2 N- N 1 2 1 = 2, 1 2 etoxima Amida N-substituita Mecanism: - in conditii acide, are loc migrarea uneia dintre grupari, 1 sau 2, de la carbon la azot. - tinand cont de diastereo(izo)meria legaturii duble heterogene din oxime (urs 3, 10.2.2.1., pag. 26), migreaza gruparea care se gaseste dispusa in trans (anti) fata de gruparea hidroxil. 1 1 1 1 N N N - N 2, - 1 1 N: N 2 2 Trans 2 2 2 2 Stare de tranzitie ciclica - in conditiile de mai sus, un proton nu are aptitudini migratoare: reactia nu are loc in cazul aldoximelor! - in carbocationul intermediar, 1 nu poate fi hidrogen (e.g. pornind de la o aldoxima), carbocationul rezultat fiind prea instabil. Exemplu tipic de aplicare industriala: N- iclohexanonoxima 2 S 4 dil. γ δ β ε α N ε-aprolactama (Amida ciclica a acidului ε-aminocapronic) (hexanoic)
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 21 II.4.5.3.2. Nucleofili cu carbon NDENSAEA ALDLIA SI TNIA Proces de condensare de importanta fundamentala, conform schemei generale: omponenta carbonilica A.N. ondensare aldolica α sau - 2 β α Aldol (etol) omponenta metilenica (combinatie acida ENLIZABILA) E ondensare crotonica sau - - 2 β α ompus carbonilic α,β-nesaturat Uzual, in aceste reactii, intermediarul aldolic (cetolic) este instabil, el trecand, cu usurinta, in produsul crotonic. Mecanism: In cataliza acida: omponenta carbonilica α 2 omponenta metilenica Activare dubla legatura carbonilica in cataliza acida - Enolizare in cataliza acida 2 E-1 - - arbocationul componentei carbonilice A.N. Enolul componentei metilenice β α ondensare aldolica ("Aldolizare") - Aldol (etol) ompus carbonilic α,β-nesaturat - ondensare crotonica ("rotonizare")
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 22 In cataliza bazica: α omponenta metilenica Activare componenta metilenica: enolizare : omponenta carbonilica in cataliza bazica A.N. B: - M, - B :- M B, -B: - M Enolatul componentei metilenice M : : - M Alcoxidul aldolului (Baza mai tare decat enolatul precursor) - - - M β α ompus carbonilic α,β-nesaturat ondensare aldolica ("Aldolizare") M M - α α - β β Stabilizare prin conjugare a aldolului α-deprotonat ondensare crotonica ("rotonizare") Exemple: a) condensarea intre doua aldehide identice: 3 -= 3 -= Aldolizare omponenta carbonilica omponenta metilenica 4 3 2 1 3 -- 2 -= 3-idroxibutanal rotonizare 4 3 3 2 1 b) condensarea intre o aldehida si o cetona: condensare mixta, de interes limitat: (E)-2-Butenal ("Aldehida crotonica") 3 -= 3 -- 3 omponenta omponenta carbonilica metilenica Aldolizare 5 4 3 2 1 rotonizare 5 1 3 4 2 3 3 (E)-3-Pentenona 3 -- 2 -- 3 4-idroxi-2-pentanona omponenta carbonilica este cea care contine legatura dubla carbonilica cea mai putin incarcata steric si atomul de carbon carbonilic cel mai electrofil, a l d e h i d a.
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 23 Inversarea rolurilor poate duce la produsul secundar alternativ: 3 -- 3 3 -= omponenta omponenta carbonilica metilenica Aldolizare 4 3 3 1 rotonizare 3 -- 2 -= 2 3-idroxi-3-metilbutanal 4 1 3 = 3 3-Metil-2-butenal 3 2 c) azurile de cel mai mare interes sunt acelea in care unul dintre partenerii carbonilici este ne-enolizabil: 3 2 1 Ph-= 3 -= Aldolizare rotonizare Ph Ph-- 2 -= 3 (E)-3-Fenilpropenal omponenta omponenta 2 (Aldehida cinamica) = carbonilica metilenica 1 3-Fenil-3-hidroxipropanal NE-ENLIZABILA Indeplinesc aceasta conditie aldehidele si cetonele aromatice (Ar-=, Ar--Ar) si cele alifatice al caror atom de carbon din pozitia α este cuaternar ( 3 -=, 3 -- 3 ). In cazul in care atomul de carbon din pozitia α este tertiar, procesul se opreste in etapa de aldolizare: >= 2 -- >()- 2 --! omponenta omponenta Aldol arbonilica Metilenica In general, acolo unde este cazul, crotonizarile sunt trans-diastereoselective. rotonizarile sunt totdeauna regioselective: se formeaza un sistem conjugat 1,4-carbonilic (α,β-nesaturat). NDENSAEA PEKIN eactie inrudita cu condensarea crotonica: metoda de preparare a acizilor carboxilici aromatici α,β-nesaturati: ataliza bazica idroliza finala 3 ( -, K 2 3 etc.) Ar-= Ar-= 2 Ar omponenta 3-2 3-3 carbonilica Anhidrida mixta Acid aromatic E-α,β-nesaturat Anhidrida acetica (ombinatie enolizabila acida)
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 24 Generarea enolatului combinatiei acide: : - - B: -, - B : 2 2 2 -- 3 B, - B: - -Ac -Ac Ac (Acetil) Enolatul anhidridei acetice ondensarea prin Aditie Nucleofila apoi Eliminare: 2 2 Ph : - Ph Ph : A.N. A.N. 2 - δ- δ -Ac : : δ 3 δ- 3 : - : Eliminare din 3 Ph Ȯ. intermediar :- tetraedric Ph Ac Eliminare - Ac Ac Ac - Ac - Ac Ph Eliminare din intermediar tetraedric Ac Anhidrida mixta A.N. Ph : - 3 δ -Ac Ac idroliza 2 - Ac 3 δ- 1 2 Acid (E)-3-fenilpropenoic (Acid cinamic) Nota 1: reactia are loc la cald, de-obicei in prezenta catalititca a ionului acetat ( 3 - -, Ac - ) ca baza. Nota 2: este posibila realizarea legaturii duble >=< (ca in cazul crotonizarii) deoarece atomul de carbon din gruparea acida este primar. NDENSAEA KNEVENAGEL eactie inrudita cu condensarea Perkin, combinatiile acide fiind diesteri, nitroalcani (urs 6, I.1.1.3.1.1.2., pag. 20) sau nitrili. Partenerul carbonilic cel mai utilizat este o aldehida. Sunt procese de forma: 1 -= 2-2 -X=Y 1 -=( 2 )-X=Y 2
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 25 Exemple: a) prepararea de acizi carboxilici α,β-nesaturati: A.N. E / B: - Et - 2 3 -= 2 Et Diesterul etilic al acidului malonic -Et 2 2 / 3 - -Et - 2 Et - 3 - - Δ 3-2 3 2 4 1 Acid (E)-2-butenoic (Acid acrilic) - formarea enolatului diesterului malonic: - -E : : Et B: -, - B Et : - Et Et Et (-) Et B, - B: - Et -E Et Et Et - : : Prezenta a doua grupe carbonil esterice (-Et) cu efect E mareste considerabil aciditatea protonilor metilenici. ptional, una din grupele carboxilice poate fi ulterior indepartata daca se considera ca ea a avut doar rolul de activant temporar al protonilor metilenici. b) prepararea de nitroalchene: -= 3 -N 2 Nitrometan - formarea enolatului nitrometanului: 2 - A.N. E / B:- - 2 - E B: -, - B N B, - B: - N 2-2 N - (E)-Nitroalchena : : - 2 N -
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 26 d) prepararea nitrililor α,β-nesaturati : A.N. E / B: - - 2 -= 3 - N Acetonitril - formarea azaenolatului acetonitrilului: NDENSAEA U FENLI 2 N (E)-Nitril α,β-nesaturat - E B: -, - B - N 2 Ċ. 2 B, - B: - N Ṅ. : - Vezi urs 10, II.2.2.4.3., pag. 33-35. Formaldehida ca atare sau protonata ( 2 = 2 -) se manifesta ca electrofil cu carbon fata de pozitiile orto / para din fenol. eciproca implica faptul ca pozitiile orto / para din fenol (=-) se manifesta ca nucleofili cu carbon fata de atomul de carbon din formaldehida. SINTEZA WITTIG A ALENEL Vezi urs 7, I.1.3.3.1.5., pag. 10. Metoda de preparare a alchenelor din trifenilfosfina, un derivat halogenat cu reactivitate marita sau normala si un compus carbonilic, aldehida sau cetona, in prezenta unei baze tari (Georg Wittig, Premiul Nobel pentru himie, 1979): Ph 3 P l- 2-1 2 -- 3 Na : - 1 Ph 3 P - Nal 2 Trifenilfosfina 3 Trifenilfosfinoxid - metoda cu larga aplicabilitate pornind dintr-o mare varietate de aldehide si cetone. - metoda inalt chemoselectiva: legatura dubla carbonilica (>=) este inlocuita cu o legatura dubla >=<. - metoda se bazeaza pe: - nucleofilicitatea ridicata a trifenifosfinei fata de compusi halogenati. - noua legatura formata P - foarte puternica (cca. 130 Kcal/mol!!): forta motrice a reactiei! 2
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 27 Mecanismul general: - I Ph 3 Ṗ. puternic δ- δ l- 2-1 SN Ph 3 P 1 Na : - Ph 3 P 1 - Ph 3 P 1-2, -Nal - conjugare slaba p(p) π (ciclu aromatic) - mult mai nucleofila decat Ph 3 N Exemple: l - Sare de fosfoniu (izolabila) Ph 3 P - 1 icloaditie Ph 1 3P 2 Ph 3 P δ- δ : 2 : : 3 3 - I 3 l- 2-6 5 Ph 3 P / Na / DMS sau TF - NaI, - 2, - Ph 3 P - Metilenciclohexan Fosforilida (intermediar cheie, cu doua sarcini / - despartite localizate la doi atomi adiacenti) 1 3 2 Ph 3 P / Na / DMS sau TF - Nal, - 2, - Ph 3 P - - 6 5 Feniletena (Vinilbenzen, Stiren) II.4.5.4. eactii ale compusilor carbonilici in pozitia α uprind totalitatea metodelor de functionalizare avansata a compusilor carbonilici enolizabili in pozitia α. onsta din inlocuirea atomilor de hidrogen din pozitia α prin reactia formelor enolice cu electrofili sau enolatilor, ca nucleofili. Se desfasoara fie in cataliza (sau mediu) acid, cu implicarea enolilor fie in cataliza (sau mediu) bazic, cu implicarea enolatilor.
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 28 EATIA MANNI aracteristica mai ales cetonelor enolizabile care, in cataliza acida, prin tratare cu formaldehida si o amina secundara (uzual dimetilamina), furnizeaza β-aminocetone: 2 1 -- 2 2 = ( 3 ) 2 N / Δ 1 --- 2 -N( 3 ) 2 α α β Mecanism: i) in cataliza acida, din formaldehida si dimetilamina este generat un electrofil stabilizat: 2 = - 2 = 2 - N( 3) 2-2 ( 3 ) 2 N- 2 - ( 3 ) 2 N- 2-2 ( 3 ) 2 N- 2 ( 3 ) 2 N= 2 ation de dimetilimoniu Electrofil cu carbon ii) in cataliza acida are loc atacul electrofil asupra pozitiei α din enolul cetonei: enolizare 1 -- 2-2 1 2 -N( 3 ) 2 1 2 -N( 3 ) 2 1 2 -N( 3 ) - 2 (alcalinizare finala) Ọ 2. : 2 2 - : enolul cetonei "Sare a Bazei Mannich" 2 -N( 3 ) 2 1 2 Nota 1: reactia este sintetic utila pentru cetonele enolizabile simetrice, 2 = (e.g. 3 -- 3, etc.) deoarece ele genereaza u n e n o l u n i c. 2
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 29 Nota 2: reactia este sintetic utila pentru cetonele enolizabile nesimterice, 1 -- 2 (e.g. Ph-- 2 -Ph, etc.) cu conditia de a genera u n e n o l u n i c: Ph-()=-Ph. Nota 3: in cazul cetonelor dienolizabile nesimterice, 1 -- 2 (e.g. 3 -- 2-3, etc.) se formeaza majoritar (nu insa exclusiv!!) enolul care contine dubla legatura cea mai substituita: 2 =- 2-3 3 -- 2-3 3 (E Z) 3 α-nitzaea In cataliza acida sau bazica, cetonele enolizabile reactioneaza cu acidul azotos sau cu esteri ai acestuia, nitriti de alchil (urs 10, II.2.1.4.2.3., pag. 16) spre a furniza, in final, α-dicetone: 1 -- 2-2 NaN 2 / / cataliza acida / N= sau --N= / - / cataliza bazica N 1 2 α-diceton-monooxima idroliza 2 / - 2 N- 1 2 α-dicetona In alegerea cetonei supuse nitrozarii actioneaza aceleasi reguli ca si in cazul reactiei Mannich (Notele 1 3). Mecanism: - α-nitrozare prin mecanism electrofil in cataliza acida (electrofil: ionul de nitrozoniu, vezi urs 10, pag. 37, II.2.2.4.3., urs 11, II.3.5.5., pag. 30) asupra formei enolice a cetonei. - α-nitrozare prin mecanism nucleofil in cataliza bazica asupra nitritilor de alchil (nucleofil: enolatul cetonei).
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 30 1 1 N= -E N 1 -- 2-2 - - - - 2 Ọ. : enolul cetonei 2 - : Ọ. : enolatul cetonei 1 δ- N= N δ 2 - puternic : N: - - 1 2 1 N α- Nitrozocetona (Tautomer nitrozo) 2 : : - N 1 2 Tautomer oxima Nota 1: despre tautomeria nitrozo oxima vezi si urs 10, II.2.2.4.3., pag. 38. Nota 2: nitritii de alchil (--N=, urs 10, II.2.1.4.2.3., pag. 16) preferati sunt cei care au radicalul voluminos si ramificat, mai putin toxici. α-alilaea onsta din tratarea compusilor carbonilici cu compusi halogenati (cu reactivitate marita sau normala, urs 9, II.1.5., pag. 16), in prezenta bazelor alcaline, dupa schema generala: B: - : : SN 2 - δ α, - B - Ẋ. : - X - Enolat alcalin δ- α ompus carbonilic α-alchilat onditii: i) echilibrul de deprotonare al compusului carbonilic sa fie cat mai deplasat catre dreapta prin aceea ca compusul carbonilic este o combinatie suficient acida iar baza utilizata, este inerta fata de compusul halogenat, de exemplu:
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 31 -E -E SN 2 : - K I 3 / K 2 3 1 3 5 3 2 4 3 - KI 3 2 4 3 : - K (-) K proton acidifiat 3 : - K de doua grupari 2,4-Pentandiona 3-Metil-2,4-pentandiona -E 1 3 1,3-iclohexandiona SN 2 2 =- 2 Br / K - KBr - 2 -= 2 2-Alil-1,3-ciclohexandiona : - K : - K (-) K : - K Este cazul compusilor 1,3-dicarbonilici ai caror enolati sunt puternic stabilizati prin conjugare (nucleofili moi), cu tendinta minora de a participa la reactia concurenta, cea de aldolizare (la limita, crotonizare). ii) echilibrul de deprotonare al compusului carbonilic sa fie complet deplasat catre dreapta prin aceea ca compusul carbonilic este o combinatie insuficient acida necesitand ca baza utilizata sa fie foarte puternica si (foarte) incarcata steric (tipic LDA), asadar nenucleofila fata de compusul halogenat: LDA : -Li [( 3 ) 2 ] 2 NLi / - 78 o δ δ- / TF 3 -I / SN 3 2 2-Metilciclohexanona - [( 3 ) 2 ] 2 N - LiI conditii riguros anhidre LDA: vezi urs 11, II.3.5.1., pag. 17 Este cazul compusilor monocarbonilici (aldehide si cetone) cind utilizarea de baze mai slabe (hidroxizi alcalini, alcoxizi) ar favoriza si reactia concurenta, cea de aldolizare (la limita, crotonizarea), inclusiv reactii S.N. ale acestor baze, ca nucleofili, fata de compusul halogenat.
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 32 α-algenaea onsta in substitutia electrofila a atomilor de hidrogen din pozitia α din aldehide si cetone cu atomi de halogen (clor sau brom) in cataliza acida sau bazica via forma enolica (cataliza acida) sau enolat (cataliza bazica): α X 2 - X In cataliza acida: δ δ- : : α X : X : α - X - - - X Enolul cu legatura dubla cea mai substituita! In cataliza bazica: - B: - : : α, - B - δ δ- : : X X - X - α X ompus carbonilic α-halogenat X α ompus carbonilic α-halogenat Enolat alcalin Atomul de hidrogen cel mai acid din molecula! Note: i) in general, bromul este halogenul preferat. ii) regioselectivitatea halogenarii este totala in cazul aldehidelor (- 2 -= si 2 -=) iii) regioselectivitatea monohalogenarii este totala in cazul cetonelor simetrice (- 2 -- 2 -, 2 -- 2 ) si nesimetrice de forma 3 -- 2 (e.g. Ph-- 3 ). α X
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 33 In cazul altor cetone nesimetrice, regioselectivitatea halogenarii poate fi decisiv influentata prin alegerea conditiilor (acide sau bazice) de efectuare a halogenarii. Exemplu: Br 2 / - Br (Bazic) 3 -- 2-3 Br 2 / - Br k 1 (Bazic) 2 Br-- 2-3 Br 2 -- 2-3 k 2 1-Bromo-2-butanona 1,1-Dibromo-2-butanona k 3 Br 2 / - Br (Acid) Br 2 / - Br (Bazic) k 1 < k 2 < k 3 : pe masura ce bromurarea avanseaza, α-hidrogenii vizati sunt din ce in ce mai acizi (sub influenta efectului -E si, crescand, cel -I Br ) Br 2 / - Br (Acid) 3 --Br- k 3 1 k 2 3-Bromo-2-butanona 2 Br--Br- 3 1,3-Dibromo-2-butanona k 1 >> k 2 : pe masura ce bromurarea avanseaza, gruparea carbonilica se protoneaza tot mai dificil, sub influenta efectului -I Br ) II.4.5.5. eactii redox II.4.5.5.1. eactii de oxidare xidarea aldehidelor duce la obtinerea acizilor carboxilici: 2 Agentul oxidant specific este K 2 r 2 7 / 2 S 4 (diluat!). Au valoare sintetica si analititca reactivii de oxidare specifici aldehidelor: eactivul Tollens: -= 2 Ag(N 3 ) 2 - Ag 2 4 N 3-2 [] 3-2 - -2 1 Br 3 -- 2-3 1,1,1-Tribromo-2-butanona
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 34 eactivul Fehling: -= 2 u() 2 - u 2 2 2 xidarea Baeyer Villiger Specifica cetonelor dar si anumitor aldehide: 1 2 etona 3 --- acid peracetic 1(2) - 3-2(1) - Ester 1(2) 2 (hidroliza) - 2(1) - Acid carboxilic xidantul este acidul peracetic (vezi si urs 6, pag. 18 si urs 13, II.5.1.2.2.3.): 1 Aditie δ- 1 : Nucleofila - - : -- δ --- 3 3 1 : - 3 2 Ọ.: 2 Migrare 2 mai voluminos ca 1 adical tertiar > secundar > primar > 3 > Scaderea aptitudinii de migrare : - : 2 1 : Ester 2 II.4.5.5.2. eactii de reducere II.4.5.5.2.1. eactii de reducere partiala educerea partiala a aldehidelor furnizeaza alcooli primari iar reducerea partiala a cetonelor furnizeaza alcooli secundari (vezi urs 10, II.2.1.2.2. pct. 3, A si B, pag. 5, 6). educerea Meerwein Pondorf Verley vs. xidarea ppenauer onsta in reducerea, reversibila, a unei cetone (inclusiv a celor cu structura foarte elaborata) la alcoolul secundar corespunzator fara a afecta vreo alta grupare functionala din structura cetonei. Are loc la cald, sub actiunea catalitica a izopropoxidului de aluminiu Al(- i Pr) 3, in conditii anhidre:
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 35 gl 2 (cat.) Mediu anhidru! Al 3 -( 3 ) 2 Al[-( 3 ) 2 ] 3 1.5 2 izopropanol izopropoxid de aluminiu Al[-( 3 ) 2 ] 3 izopropoxid de aluminiu 1 educere Meerwein-Pondorf-Verley 1 -( 3 ) 2 =( 3 ) 2 2 izopropanol xidare ppenauer 2 acetona sau sau etona Alcool secundar oarecare oarecare ciclohexanol ciclohexanona Are loc printr-o stare de tranzitie ciclica in cursul careia, f o r m a l, un ion hidrura din Al(- i Pr) 3 este transferat cetonei materie prima: are loc reducerea Meerwein-Pondorf-Verley a acesteia; invers, are loc oxidarea ppenauer. i Pr- - i Pr Al(- i Pr) 2 Al -Al(- : i Pr) : : 2 1 2 3 1 1 2 3 3 3 3 2 3 ontinuarea reactiei: refacerea catalizatorului Al(- i Pr) 3 1 2 --Al(- i Pr) 2 i Pr- 1 2 - Al(- i Pr) 3 prezent in reactie reintra in de la inceput circuitul reactiei Terminarea ("stoparea") reactiei: distrugerea mediului anhidru prin adaos de apa: 1 2 --Al(- i Pr) 2 2 1 2 - Al(- i Pr) 2 () Al(- i Pr) 3 3 2 Al() 3 3 i Pr- 2, "distrugere" completa Al() 3 i Pr-
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 36 educerea Meerwein-Pondorf-Verley: se utilizeaza, de la inceput, exces mare de alcool (izopropanol, ciclohexanol) ca reducatori (deplasare echilibru inspre dreapta). xidarea ppenauer: se utilizeaza, de la inceput, exces mare de cetona (acetona, ciclohexanona) ca oxidanti. eactia anizzaro unoscuta si sub denumira de dismutatie ( disproportionare ) anizzaro. Are loc in mediu apos alcalin (Na), la cald. aracteristica aldehidelor lipsite de grupari acide in pozitia α fata de gruparea carbonil (e.g. Ph-=, 2 =): acestea, in mediu alcalin, nu dau reactii de condensare aldolica sau crotonica cu ele insele. Urmare a reactiei anizzaro, o molecula de aldehida se oxideaza (functioneaza ca reducator) la acidul carboxilic corespunzator iar cealalta (functionand ca si oxidant) se reduce la alcool primar. : 2 -= Na - - Na - 2 δ δ- : - Na : Ph,, etc. Aditie nucleofila : - :- Na : δ δ- : -- - Na II.4.5.5.2.2. eactii de reducere totala Sunt procese de reducere a functiunii carbonil (aldehida sau cetona) care pot fi reprezentate formal ca: >= 4 > 2 2 Metoda lemmensen Are loc in mediu puternic acid (donor de protoni) sub actiunea Zn (amalgamat cu g) ca donor de electroni, la fierberea amestecului de reactie:
Mircea Darabantu IMIE GANIA an II Ing. US-XII Pag. 37 4 e - 4 [2 Zn(g) 4 l 2 Znl 2 4 e - 4 g] Metoda Kishner Wolff Aldehida sau cetona 2 Are loc in mediu puternic alcalin (K / 2, Et - Na /solvent anhidru, etc.) la cald (150 o ) Metoda aplicabila atat aldehidelor cat si cetonelor susceptibile a fi transformate, preliminar, in hidrazonele corespunzatoare (II.4.5.3.1., pag. 17) asupra carora se executa reducerea propriuzisa. Aldehida sau cetona (I) 2 N-N 2 hidrazina - 2 N-N 2 idrazona (II) K / 2 / 150 o -N 2 Desfasurarea reactiei: N-N - N N - - idrazona N - N N N - - : - - - N N