OCH/OC2
Dusíkaté deriváty
1
2
1. Nitrosloučeniny
3
Vlastnosti
silný –I a –M efekt vysoká polarizace vazeb N=O a C-N Silně polární látky => vysoké body varu
t.v. = 101 oC
t.v. = -16 oC
malá rozpustnost ve vodě, dobrá v organických rozpouštědlech zápach – hořkomandlový bezbarvé nebo nažloutlé kapaliny aromatické deriváty - toxické 4
Vlastnosti
α vodíky kyselé (pKa ~ 9-10) – vlivem kladně nabitého atomu dusíku dochází k uvolnění vazeb vodíku k uhlíku v poloze - tento vodík se štěpí jako proton, čímž dochází ke vzniku tautomerní formy nitrolátky, která pak vykazuje slabě kyselé vlastnosti (rozpouští se v roztoku NaOH) analogie enolátů
5
Zástupci CH3 O N
N
N
O2N
N H
F
NO2
Azomycin (sexuálně přenosné infekce)
Rohypnol
Cl NH Cl
NO2
Pyrrolnitrin (fungicid)
TNT
6
Příprava 1. SE - nitrace
činidla: HNO3, C(NO2)4, N2O5, NO2X SE u aromatických sloučenin – viz aromáty SE u alifatických sloučenin
Příklady:
7
Příprava 2. SN – viz halogenderiváty Alifatické nitrolátky se snadno připraví reakcí alkyl halogenidů s dusitanem stříbrným v DMF.
8
Příprava 3. Sr
alifatické uhlovodíky - viz alkany aromatické uhlovodíky - Sandmeyerova reakce
9
Příprava 4. Adice Y NO2
NO2 Y
Y = Cl, O2N-O-, HO-
10
Příprava 5. Oxidace
11
Reaktivita 1. Redukce
průběh redukce závisí jednak na pH roztoku, jednak na způsobu provedení
katalytická redukce
R NO2
kat. 3H2
R NH2
H2O
redukce kovy kyselé prostředí (Fe, Zn, Al, H3O+, CH3COOH)
R NO2
neutrální prostředí (Zn/NH4+, Al/Hg+) R NO2
R NH2
R NH OH
alkalické prostředí (Zn/OH-, Al/OH-) R NO2
R NH NH R
12
Reaktivita 2H2O
H 2O
2OH
O
H 2O
OH
O
R N
R N
O 2H3O
2H2O
R N O
O H 2e H
2e
H 2O
H 3O
H 2O
M2+
M
M2+
M
R N OH
R N O
H 3O
H2O
H2O
OH
R NH OH H 3O H2O
H 2O
H R NH2
R N H
R N H
H 2O
H3O
R NH OH
H R N
OH
R N
OH
R N
O
R N
OH
R N
H O H
R N
O
R N R N
O
-H2O
H
2e
M
R N O
R NH O
M2+
13
2. Nitrososloučeniny
14
Vlastnosti
N-nitroso-N-methylmočovina (silný karcinogen, mutagen, terratogen) zbarvení zelené – modré, rozpustné v organických rozpouštědlech toxické a karcinogenní látky nestálé sloučeniny => dimerizace, isomerizace
R
R N N O O Z-isomer
O N N O R R
2 R N O
E-isomer 15
Vlastnosti nestále sloučeniny, tautomerizace H2 R C N O
R C H
aldoxim
R
R CH
C
N O
HO
N OH
ketoxim
R
R
H R N
N OH
N O
O
N OH
OH N O
N
N
R 16
Příprava Příprava nitrosylového kationtu z dusitanu
z funkčních derivátů kyseliny dusité
17
Příprava Nitrosace na uhlíkovém atomu
Kyselá - aromatické systémy
!
nutná aktivace
18
Příprava Nitrosace na uhlíkovém atomu
Kyselá - alifatické systémy
19
Příprava Nitrosace na uhlíkovém atomu
Bazická
20
Příprava Nitrosace na dusíkovém atomu
Primární aminy
21
Příprava Nitrosace na dusíkovém atomu Sekundární aminy
Terciární aminy
R1
N R2
R3
NO
R1 R2 N R3 N O
22
Reaktivita Redukce
R N O
2H
H R N OH
2H
R NH2
H2O
2e
2e
Oxidace
- 2H R N O
O R N
H2O - 2e
O
23
Reaktivita Reakce s Grignardovými činidly
24
3. Aminosloučeniny
25
~ deriváty amoniaku atom dusíku s volným el. párem = bazické a nukleofilní vlastnosti
intermolekulární vodíkové vazby => vyšší teploty varu než alkany s podobnou Mr
26
Vlastnosti Volný elektronový pár osciluje z jedné strany na druhou a v důsledku toho se zbývající vazby také překlápějí. Jeden enantiomer rychle přechází v druhý a opačně (tzv. Waldenův zvrat). Velká rychlost překlápění (103-1010 s-1) způsobuje, že dosavadní technikou nelze izolovat optické izomery.
27
Vlastnosti rozpustné v organických rozpouštědlech, nižší i ve vodě kvartérní amoniové soli rozpustné ve vodě, ne v aprotických rozpouštědlech silný zápach
Kadaverin (lat. cadaver = mrtvola)
28
Vlastnosti Bazicita
NH2 NH2 H N
pKb = 9,42
pKb = 13,21
NO2 pKb = 13,00
Slabší báze – nižší pKa amoniového iontu Silnější báze – vyšší pKa amoniového iontu
29
Vlastnosti Bazicita Alifatické aminy: bazičtější než amoniak
bazicita roste v řadě terciární < primární < sekundární Aromatické aminy:
méně bazické než amoniak (vliv konjugace aromatického jádra) Ve srovnání s alkylaminy jsou aromatické aminy mnohem méně zásadité. Například anilin je 106x méně zásaditý než cyklohexylamin.
Amidy jsou ve srovnání s aminy velmi slabě bazické.
McMurry, Organická chemie, str. 899
30
Vlastnosti Reakce aminů se silnými kyselinami Reakcí silných kyselin s aminy vznikají alkylamoniové soli.
Tvorba amonných solí se s výhodou používá na dělení a čištění aminů od neutrálních nebo látek nerozpustných v kyselém prostředí.
31
Vlastnosti Kyselost aminů V přítomnosti silných bází mohou primární a sekundární aminy vystupovat jako slabé kyseliny a být deprotonovány na amidy.
32
Vlastnosti dusík netvoří sloučeniny, které by měly na jednom uhlíku vázány dvě primární aminoskupiny, tyto útvary se stabilizují odštěpením amoniaku NH2 R CH NH2 R C R
R C NH H
NH2
R
NH2
R
C NH
+
NH3
+
NH3
aldimin
ketimin
výjimka – močovina, guanidin
33
Zástupci
heroin
nikotin
morfin
kokain 34
Příprava 1. Redukce redukcí nitrilů nebo amidů působením LiAlH4
35
Příprava 1. Redukce redukce nitrolátek
36
Příprava 1. Redukce redukce azidů
37
Příprava 1. Redukce
38
Příprava 2. Substituce nukleofilní v alifatické řadě
39
Příprava 3. Gabrielova syntéza
40
Příprava 4. Hydroxyethylace aminů
41
Příprava 5. Substituce nukleofilní v aromatické řadě reakce halogenderivátů – viz halogenderiváty
Buchererova reakce – viz hydroxysloučeniny
42
Příprava 6. Adice nukleofilní
43
Příprava 7. Reduktivní aminace
44
Příprava 7. Reduktivní aminace
45
Reaktivita 1. Substituce nukleofilní - viz halogenderiváty - viz příprava
2. Hofmannova eliminace
46
Reaktivita 3. Adice nukleofilní Primární aminy (popř. amoniak) => vznik iminů (vazba C=N)
R = OH R = NH2 R = alkyl, Ar
hydroxylamin → oximy hydrazin → hydrazony primární amin → Schiffovy báze
47
Reaktivita 3. Adice nukleofilní Primární aminy (popř. amoniak) => vznik iminů (vazba C=N) Příklady:
48
Reaktivita 3. Adice nukleofilní Sekundárníí aminy => vznik enaminů (vazba C=N)
49
Reaktivita 3. Adice nukleofilní Sekundárníí aminy => vznik enaminů (vazba C=N) Příklad:
50
Reaktivita Příprava nitrilů aminokyselin
51
Reaktivita Mannichova reakce
52
Reaktivita Reakce s nitrily kyselin
amidiny
53
Reaktivita Diazotace + Sandmayerovy reakce viz nitrososloučeniny
54
4. Diazoniové soli
55
Vlastnosti Stabilita je-li diazoniová skupina v konjugaci se skupinou s +M efektem, je snížen její elektrofilní charakter a zvýšena stabilita
N2
N2
N2
NO2
NH2
H3C N N
porovnej
56
Příprava 1. Diazotace
Ar NH2
NO2
Ar N2
H2O
H3O
- mechanismus viz nitrosace NH2
NH2
N2
NO2
NH2 NH2
H3O N2
NO2 H3O
N N N H
57
Příprava 2. Oxidace arylhydrazinů
H Ar N NH2
H Ar N N
2 HgO
2Hg
2H2O
3. Oxidace některých azosoučenin Ar N N
OH
CrO3
O
O
Ar N N
H2O
58
Reaktivita 1. SE kopulace s aromáty
O Ar N N
methylčerveň
Ar N N
OH
methyloranž 59
Reaktivita 1. SE kopulace s aromáty NH2 H Ar N N N
Ar N N
1-aryl-3-fenyltriazeny
NH2
H2N
Ar N N
Ar N N NH2
NH2
Reaktivita Substituenty, které přitahují elektrony v poloze ortho nebo para diazoniového iontu, zmenšují hustotu elektronů diazoskupiny a zvyšují tak její reaktivitu.
Porovnej reaktivitu
61
Reaktivita 1. SE kopulace s C-kyselinami
CN Ar N N
Ar N N
H2C CN
O C OCH3
H2C C OCH3 O
H Ar N N
CN CN
H Ar N N
COOCH3 COOCH3
62
Reaktivita 2. SN
3. SR
63
Reaktivita 4. redukce siřičitanem sodným na arylhydraziny
64
5. Diazosloučeniny
65
Vlastnosti
plynné – kapalné – pevné rozpustné v organických rozpouštědlech stabilní jen za nízkých teplot za vyšších teplot explozivní
z alifatických sloučenin je nejdůležitější – diazomethan žlutý, jedovatý plyn rozpustný v diethyletheru sklon k explosivním rozkladům použití – methylace
66
Příprava
67
Reaktivita
68
Reaktivita Reakce s karboxylovými kyselinami (příprava methylesterů)
69
Reaktivita Reakce s karbonylovými sloučeninami
Cyklické ketony => rozšíření kruhu
70
Reaktivita Příprava karbénů
71
Reaktivita
72
Sloučeniny síry
73
Rozdělení
X
H
thioly, thiofenoly
-
-
R
thioethery
Dialkylsulfoxidy
Dialkylsulfony
OH
sulfenové kyseliny
sulfinové kyseliny
sulfonové kyseliny
Cl
Sulfenylchloridy
Sulfinylchloridy
Sulfonylchloridy
OR
estery sulfenových kyselin
estery sulfinových kyselin (sulfináty)
estery sulfonových kyselin (sulfonáty)
NH2
sulfenamidy
sulfinamidy
sulfonamidy
74
Thioly a thiofenoly, thioethery Příprava - SN
R-SH
R-X + HS -X R-X + R1-S
R-S-R 1 -X
75
Thioly a thiofenoly, thioethery Příprava - SN
76
Thioly a thiofenoly, thioethery Reaktivita
H3C
ox. R-S-R 1
ox. R
S R1 O sulfoxidy
O R
S R1
S
CH3
O Dimethylsulfoxid
O
DMSO
sulfony
univerzální rozpouštědlo 77
Thioly a thiofenoly, thioethery Zástupci ClCH2CH2
S S
S O
ClCH2CH2
Allicin přírodní antibiotikum obsažen v česneku
Yperit
O O
OH
HS NH2
L-cystein přirozená aminokyselina
H 3C
OH
N SH
H
O
Tiopronin antidotum při otravě těžkými kovy
Sulfonové kyseliny Příprava 1.
Oxidace thiolů
H2O2 R-SO3H
R-SH 2.
SR
H2O
uv R-H + SO2 + Cl2 3.
R-SO2Cl
-HCl
R-SO3H
SE
H2SO4 (SO3) Ar-H
Ar-SO3H 79
Sulfonové kyseliny Příprava
80
Sulfonové kyseliny Reaktivita SO2-NH2
SO2-Cl
SO2-OH PCl5
NH3
-HCl
-HCl benzensulfamid
H H2N
SO2 N R
léčiva - Sulfonamidy látky s baktericidními účinky
R=
N S
Sulfathiazol
81
Příklady 1. Určete, která z uvedených dvojic látek je bazičtější: a. ethylamin a amid kyseliny octové b. pyridin a 4-nitropyridin c. ethylamin a triethylamin d. glycin a alanin 2. Nakreslete produkty reakce následujících sloučenin s dusitanem za přítomnosti zředěné H2SO4 a. anilin b. N-ethylanilin c. N,N-dimethylanilin d. Trimethylfenylamoniová sůl
3. Jak připravíte: a. anilin z nitrobenzenu b. nitrobenzen z anilinu c. N-fenylhydroxylamin z nitrobenzenu d. N,N´- difenylhydrazin z benzenu 82
Příklady 4. V jakém prostředí proběhne následující reakce, odůvodněte návrhem mechanismu. H3C H3C
O
HN
CH3
H3C
CH3
H3C
CH3 N CH3 N CH3 CH3
5. Navrhněte jednostupňovou syntézu: a. diethyl-[(1H-indol-3-yl)-fenyl-methyl]-aminu reakcí třech výchozích sloučenin, z nichž jedna je benzaldehyd. b. N,N-dimethylaminoethanolu reakcí dvou výchozích sloučenin c. 1-buten zahříváním jediné výchozí dusíkaté sloučeniny d. cyklohexyl-cyklohexylidene-aminu ze dvou reakčních komponent
83
Příklady 6. Nakreslete strukturní vzorce sloučenin s daným sumárním vzorcem: NH2
Br
+
C8H5NO2
báze
N2H4 C15H11NO2
C3H6O H
C10H13N +
H2O
NaBH4 H N
7. Jak bude reagovat benzaldehyd s: a. diethylesterem kyseliny malonové za katalýzy ethanolátem sodným b. acetanhydridem za katalýzy octanem sodným a vodou c. 50% molárním množstvím hydrazinu za kyselé katalýzy d. acetylchloridem za katalýzy chloridem hlinitým 8. Navrhněte přípravu 3-chlorethylbenzenu z benzenu.
84
Příklady 9. Která z uvedených sloučenin může tvořit geometrické izomery: a. 2-methyl-but-2-en b. penta-1,3-dien c. 3-methyl-penta-1,3-dien d. 2,2'-Dimethyl-bicyclohexyliden 10. Nakreslete strukturní vzorce opticky aktivních isomerů odvozených od sloučeniny se sumárním vzorcem C7H16. 11. Nakreslete strukturní vzorec produktu, který by vznikl Diels-Alderovou reakcí cyklopentadienu a cyklopentenu.
85
