ENOLOK & FENOLOK
Léránt István
ENOLOK Alapvegyület: R - CH = CH - OH A enolok Az l k nem iigazán á létképes lé ké vegyületek! ül k!
2
ENOLOK • sp2-es C atomhoz kapcsolódó OH csoport • Az enolok gyenge savak • Keto – enol tautomer átalakulás R1 CH2 C H
R1 CH CH OH
O
oxo-forma
enol-forma
ENOLOK • sp2-es C atomhoz kapcsolódó OH csoport • Az enolok gyenge savak • Keto – enol tautomer átalakulás C CH O H enol-forma
CH CH O keto-forma
H+ Az enolát anion mezomér stabilizációja
H+
5
Enol-oxo tautoméria A két izomer egy hidrogén (proton) Kettőskötés (elektronok) helyében különbözik egymástól
6
Tautoméria i = Protoméria + elektroméria
7
VINIL-ALKOHOL - PSEUDOMERIA O C 2 CH CH C O OH
C 3 C CH H
Vinil-alkohol - 100 %-ban oxoforma pszeudoméria 8
O C
OH OH
C CH2
enol-piroszõlõsav
O C C
OH O
CH3 keto-piroszõlõsav
A piroszõlõsav tautomérjei
Ketamin-Enamin-Tautomerie
9
Tautoméria • Tautomérek: – Tautomerizációval egymásba kémiailag átalakítható vegyületek – Hidrogén migráció – Oldatban egyensúly alakul ki a tautomér formák között
10
• Tautomérek aránya – Hőmérséklet – pH H – Oldószer
függő
Keto-enol tautomeria COOH
COOH
C OH
C O
CH2
CH3
enol-piroszőlősav
keto-piroszőlősav
• Biológiai rendszerek pH-ja a keto-formának kedvez
12
Laktim-laktám tautomeria • Nukleinsavaknál – laktám / oxoforma, laktim / enolforma OH N HO
O HN
N laktim
O
N H laktám
Az uracil tautomériája j
Tautomerism von Pyrimidin y and Purin Basen
14
Oxo – laktám – stabilitás Enol – laktim – spontán szerkezetváltozás
15
Aromás hidroxivegyületek y Fenolok y -OH csoport/ok maghidrogén/t/eket helyettesít/enek y Aromás hidroxi vegyületek y Oldallánc H-t helyettesít –OH csoport y Fenolok savas karakterű vegyületek y Phène -ol
16
Monociklusos fenolok • Egyértékű fenolok
OH
– fenol – o-,, pp-,, m-krezol
CH3 OH
CH3
CH3
OH OH o krezol o-krezol
m krezol m-krezol
p-krezol p krezol
Monociklusos fenolok • Egyértékű fenolok – fenol – O-,, p p-,, m-krezol
• Kétértékű fenolok – Pirokatekin – Rezorcin – Hidrokinon
OH
OH
OH
OH OH OH pirokatechin
rezorcin
hidrokinon
Monociklusos fenolok • Egyértékű fenolok – ffenol – O-, p-, m-krezol
• Kétértékű Ké é ékű fenolok f l k – Pirochatekin – Rezorcin R – Hidrokinon
• Háromértékű Há é ékű ffenolok l k – Pirogallol – Florogucin Fl – Hidroxi-hidrokinon
OH
OH HO
OH OH
OH HO
OH OH
pirogallol
florogucin
hidroxi-hirdokinon
Policiklusos fenolok • Hidroxi-naftalinok (naftolok) • Antracén • Fenantrén
OH OH
α-naftol
β-naftol
OH OH
α-antrol
OH
β-antrol
antranol
OH
9-hidroxi-fenantrén
Monociklusos fenolok előfordulása • Kőszénkátrány lepárlási termékei y • Barnaszénkátrány lepárlási terméke • Növényekben – Szabadon – Kötött állapotban
A lignin egyszerűsített szerkezete. 3p phenyl-propane y p p egység gy g 3 féle típusú kötés Phenyl-propane egységek ezreiből Álló térháló. Deacon (1997)
Monociklusos fenolok előállítása • Aromás szulfonsavakból • Halogénezett aromás szénhidrogének hidrolízise Aromás szulfonsavak alkáliömlesztése Ar-ONa + Na2SO3 + H2O
Ar SO2ONa + 2 NaOH Ar-ONa
sav
Ar-OH Fenol
Monociklusos fenolok előállítása • Aromás szulfonsavakból • Halogénezett aromás szénhidrogének hidrolízise Halogénezett aromás szénhidrogének hidrolízise 300 oC
Ar Cl + 2 NaOH
Ar-ONa + NaCl + H2O
P Nátrium fenolát
Monociklusos fenolok fizikai tulajdonságai y Jellemző szag y Kristályos vegyület y Fp molekulatömegükhöz képest magasabb y Sejtméreg y Bőrön át y Gőzeik
y Antiszeptikus hatás y Fertőtlenítés F ő l í é
y Kátrány fakonzerváló hatása - fenol 24
A monociklusos fenolok kémiai tulajdonságai y Reakció képes vegyületek y - OH y Aromás gyűrű miatt eltérő sajátságok
y Aromás gyűrű y Aromás gy gyűrű elektrofil szubsztitucióira gyakorolt gy – OH irányító hatás
25
A fenolos OH reakciói • Az alkoholokkal szemben a fenolok savak • A ffenolátanion lát i mezomer rendszer d • Az O elektronpárja és az aromás gyűrű elektronszextettje l k j kölcsönhatába köl ö h áb kerül k ül • A negatív töltés delokalizációja
A fenolos OH reakciói OH
• hirdoxi-benzol – pKs = 10 – H2CO3 felszabadítja j sójából
• Nitrálás fokozza savi karakterét – Pikrinsav ásványi erősségű sav
OH NO2
O2N
NO2 Pikrinsav 2,4,6-trinitrofenol
Fenolok enol oxo tautomériája • Fenol
OH
– Egyensúly fenol irányában eltolt
• Rezorcin, floroglucinnál – mindkét alak jelen van
O
C
C
CH
CH2
Fenol (enol)
1,3-ciklohexadién-5-on
OH
O C CH
CH2
C
C OH
Rezorcin (enol)
O 1-ciklohexén 3,5-on ,
Éterképzés • A fenolok éteresíthetők – Alkoholokhoz – Enolokhoz hasonlóan
• Aril-alkil-éterek: stabil vegyületek • Aril-aril-éter: elbontása enyhe körülmények között megy
Ar O H + CH2N2 diazo-metán
Ar O CH3 + N2 aril-metil-éter
Éterképzés • A fenolok éteresíthetők – Alkoholokhoz – Enolokhoz hasonlóan
• Aril-alkil-éterek: stabil vegyületek • Aril-aril-éter: elbontása enyhe körülmények között megy katalizátor O CH2
aril-benzil-éter
CH3
OH
+ H2
+
fenol
toluol
Fenolészterek képződése • Fenolok csak acilezőszerekkel – Karbonsav anhidridekkel – Karbonsav kloridokkal észteresíthetők
O OH
+
CH3
C
CH3
C
O C
piridin
O O
O CH3
ecetsav-aril-észter
+
CH3COOH
Fenolészterek képződése • Fenolok csak acilezőszerekkel – Karbonsav anhidridekkel – Karbonsav kloridokkal észteresíthetők
O OH
+ Cl
C R1
O C
O CH3
Fenol-észter
+
HCl
ACIL-AMINOVEGYULETEK KÉSZÍTÉSE • p-nitrofenol észterei – Peptidek – Aminosav származékok szintéziséhez – Mesterséges szubsztrátok
• Acil-aminovegyületek szintézise
. σO. . R C O .. + σ
H2N-R' N R' NO2 OH O R C
NH2 R'
+
Acil-amino-vegyület
NO2
Kinetics of chymotrypsin y yp catalysis y (measured by synthetic substrate)
O H3C
H2C
C
C N H
+
H2 O O
H C O
O O N O
34
H3C
H2C
C
C N H
++
H C O
OH
H
O O N O
Kinetics of chymotrypsin y yp catalysis y (measured by synthetic substrate) A Steady state condition
Burst phase
time [milisecundum] [ ]
35
A fenolok oxidációval szemben érzékenyek y Levegő y Fény
y Színeződés, oxidáció y -OH OH csoportok száma nő y Oxidációval szembeni érzékenység nő
y Pirogallol y levegő oxigénje hatására CO2 + ecetsav
y Analitika y FeCl3 - színreakció
36
A fenol aromás gyűrűjének reakciói • Oxidáció
OH
– A –OH OH csoport miatt oxidációval szemben érzékeny – Az aromás gyűrű jellege oxidáció h á á megváltozik hatására ál ik • (hidrokinon Æ1,4-benzokinon) • CO2 + H2O
– A fenolos – OH acilezése megvédi a molekulát az oxidációval szemben
• Redukció – Az aromás gyűrű telíthető, hi d hirdoaromás, á ciklusos ikl alkoholok lk h l k képződnek
O oxidáció
OH
O
A fenol aromás gyűrűjének reakciói OH
O H2O, H+
oxidáció
oxidáció
-2 H
-2 H
OH
NH2
NH
O p-benzokinon
NH p-benzokinon diimid
NH2 p-fenilén-diamin
Fenolok oxidálhatók: kinon-képzés
1,2-benzokinon 1 4 benzokinon 1,4-benzokinon
p-DIFENOL – KINON UBIKINON OH
O
redukció oxidáció O
OH
K1 Vitamin (phylloquinone)
K vitamin ciklus, véralvadás, terápiás beavatkozási lehetőség
A fenol aromás gyűrűjének reakciói • Oxidáció – A –OH OH csoport miatt oxidációval szemben érzékeny – Az aromás gyűrű jellege oxidáció h á á megváltozik hatására ál ik • (hidrokinon Æ1,4-benzokinon) • CO2 + H2O
– A fenolos – OH acilezése megvédi a molekulát az oxidációval szemben
• Redukció – Az aromás gyűrű telíthető, ciklusos ikl alkoholok lk h l k ké képződnek őd k
OH
OH H2 / kat
A fenol aromás gyűrűjének reakciói • A –O- elektronküldő tautomer (+T effektus) – Az o- és pszubsztitúcióknak kedvez • Nitrálás • Szulfonálás • hidroximetilezés
Monociklusos fenolszármazékok • Ánizsolaj – Anizol – metiléter – Fenetol – etiléter – Anetol – propenil lánc tartalmú fenoléterszármazék O CH3
O CH2 CH3
O CH3
CH CH CH3 anizol
fenetol
anetol
Fenol halogénezése OH
OH Cl2
OH Cl
-HCl
Cl2
Cl
OH
O CH2 COOH Cl
-HCl
Cl
Cl
CH2 COONa -NaCl
Cl 2-klór-fenol
2,4-diklór-fenol
• 2,4-diklór-feniloxi-ecetsav • Herbicid (gyomirtó)
Cl 2,4-diklór-fenol
Cl 2,4-diklór-feniloxi-ecetsav
Fenol nitrálása • Szobahő • Fenolos –OH +T effektus
OH
HNO3
NO2
+
20-25 oC NO2
– o-nitro-fenol – p-nitro-fenol p nitro fenol
• jelentősen eltérnek fi ik i tulajdonságukban fizikai l jd á kb
OH
OH
o-nitro-fenol OH NO2
p-nitro-fenol
.. O ..
+
N
H .. O .. :
: O: o-nitro-fenol
kelátgyűrű képzés
B k lit Bakelit 47
DIHIDROXI-Benzolok (C6H4(OH)2) • 1,2-dihidroxi-benzol • Acacia catechu gyantájának h íté k hevítésekor • 2-klór-benzolból állíth tó elő állítható lő • Oxidációval szemben é ék érzékeny • Származéka – A ligninben – Szegfűszegolajban
OH
OH 1 1. Cl + NaOH
200o,
CuSO4, H2O
OH
2. sav
2-klór-fenol
pirokatechin
DIHIDROXI-Benzolok (C6H4(OH)2) • 1,2-dihidroxi-benzol • Acacia catechu gyantájának h íté k hevítésekor • 2-klór-benzolból állíth tó elő állítható lő • Oxidációval szemben é ék érzékeny • Származéka – A ligninben – Szegfűszegolajban
OH
O OH + Ag2O
Ag2O
O
-2H pirokatechin
1,2-benzokinon
DIHIDROXI-Benzolok (C6H4(OH)2) • 1,2-dihidroxi-benzol • Acacia catechu gyantájának h íté k hevítésekor • 2-klór-benzolból állíth tó elő állítható lő • Oxidációval szemben é ék érzékeny • Származéka – A ligninben – Szegfűszegolajban
pirokatechin származékok OH
O CH3
O CH3
O CH3
pirokatechin-metil-éter gvajakol
pirokatechin-dimetil-éter veratrol
O CH3 O CH3
CH2 CH CH2 eugenol
Trihidroxi-benzolok (C6H3(OH)4) • 3 izomer – Pirogallol – Florogucin g – hidroxihidrokinon
OH
OH HO
OH OH
OH HO
OH OH
pirogallol p g
florogucin g
hidroxi-hirdokinon
Trihidroxi-benzolok (C6H3(OH)4) • 3 izomer – Pirogallol – Florogucin g – hidroxihidrokinon
COOH O2N
NO2
COOH SnCl2, HCl
H2N
NH2
red. NO2
NH2
trinitro-benzoesav trinitro benzoesav
triamino-benzoesav
HO
OH
HCl, H2O -CO2, -3 NH4Cl
OH florogucin
Trihidroxi-benzolok C6H3(OH)4) • 3 izomer – Pirogallol – Florogucin g • Triketo-forma • Trienol-forma
– hidroxihidrokinon
NOH
O 3 H2N-OH
HON
NOH
- 3 H2 O
ciklohexán-1,3,5-trion-trioxim
O
O
florogucin
Trihidroxi-benzolok C6H3(OH)4) • 3 izomer – Pirogallol – Florogucin g • Triketo-forma • Trienol-forma
– hidroxihidrokinon
OCH3
OH 3 CH2N2
H3C O
O CH3
florogucin-trimetil-éter
- 3 N2
HO
OH
florogucin
Policiklusos fenolok • Hidroxi-naftalinok (naftolok) • Antracén • Fenantrén
OH OH
α-naftol
β-naftol
OH OH
α-antrol
OH
β-antrol
antranol
OH
9-hidroxi-fenantrén
α-naftol (1-hidroxi-naftalin) • Kőszénkátrány nehézolajf k iój frakciója • Tűs kristályok • Oldás Oldá – Vízben rosszul – Alkoholban, Alkoholban éterben jól – FeCl3 ibolyaszínű csapadék
• -OH OH csoport / p-helyzetbe irányít
SO3ONa
OH
NaOH, 300 oC sav naftalin-α-szulfonsav-Na 200 oC,, 14 atm.
hidrolízis
NH2
α-naftil-amin
β-naftol (1-hidroxi-naftalin) • Kőszénkátrány nehézolaj-frakciója • Tűs kristályok y • Oldás – Ví Vízben b jól – Alkoholban, éterben jól
SO3ONa
NaOH, 300 oC sav
naftalin-β-szulfonsav-Na
OH
Aromás alkoholok • A –OH csoport az oldalláncban található • Az alkoholos karaktert az aromás gyűrű alapvetően gy p nem változtatja meg • Benzilalkohol primer alkohol jellegű ~ – Benzaldehiddé – Benzoesavvá oxidálható
Na2CO3 CH2 Cl
+
H2O
benzil-alkohol
benzil-klorid
O C H
CH2 OH + HCl
2H red
Aromás alkoholok • A –OH csoport az oldalláncban található • Szalicilalkohol (2hidroxi-benzilalkohol, hidroxi benzilalkohol, szaligenin • Növényvilágban glikozidja – szalicin f formájában ájáb fordul f d l elő lő
CH2 OH
CH2 OH O
C6H11O5
OH
+ H 2O
Szalicin
+
Szalicilalkohol
C6H12O6
Glukóz
