Oxovegyületek Nevezéktan
karbonilcsoportot tartalmaznak
C O
Aldehidek láncvégi -CHO csoport (vagy oldalláncban) C-atomhoz kapcsolódik a) szubsztitúciós nómenklatúra előtag: formilutótag: -al, [-karbaldehid]
formyl carbaldehyde 5
CH3 CH2
CH2 CHO
OCH
butanal 1
OCH
2
3
CH2 CH CH 2
4
3
CH 2 CH
2
1
CH
CHO
pent-2-éndial pent-2-enedial
4
CH 2
5
CH2
6
CHO
CHO
CHO
3-(formilmetil)hexándial ciklohexánkarbaldehid 3-formylmethylehexanedial cyclohexanecarbaldehyde b) triviális nevek a megfelelő karbonsav triviális nevének töve + aldehid
Aldehid O i-C 3H 7
C H
O C 4H 9
C H O
HO CH2 C H
O
O
izobutiraldehid isobutyraldehyde
i- C 3H 7 C OH
a. isobutyricum isobutyric acid
O
valeraldehid valeraldehyde
C 4H 9 C
glikolaldehid hydroxyacetaldehyde
a. valerianicum OH valeric acid O
HO CH2 C OH
a. glycolicum glycolic acid
borostyánkősav szukcinaldehid a. succinicum C CH2 CH2 C C succinaldehyde HO OH succinic acid H O
O
C CH2 CH2 H
Karbonsav
O
O
O
C
C
H
benzaldehid benzaldehyde
benzoesav OH a. benzoicum benzoic acid
CHO
CHO HO
CHO HO
O O
OCH 3
vanillin
OH
piperonal
HO
O OCH 3
vanillinsav vanillic acid
COOH
COOH
COOH HO
protokatechualdehid protocatechualdehyde
O
piperonilsav piperonilyc acid
OH
protokatechusav protocatechuic acid
H
Aldehid
Karbonsav
O
O
C H O
CH 3
C H O
C 2H 5
C H
formaldehid formaldehyde
acetaldehid acetaldehyde
propionaldehid propionaldehyde
H C OH
O CH 3 C OH O C 2H 5
C OH
O C 3H 7
C H
O
butiraldehid butyraldehyde
C 3H 7
C OH
a. formicum formic acid
a. aceticum acetic acid
a. propionicum propionic acid
a. butyricum butyric acid
Aldehid
Karbonsav
CHO OH
CHO H 3CO
COOH
szalicilaldehid salicylaldehyde
ánizsaldehid p-anisaldehyde
OH
COOH
COOH
veratrumaldehid veratraldehyde H3CO OCH3
ánizssav p-anisic acid
H 3CO
CHO H 3CO
szalicilsav salicylic acid
veratrumsav veratric acid OCH3
Ketonok a karbonilcsoport két C-atomhoz kapcsolódik
C O
láncon belüli
a) szubsztitúciós nómenklatúra előtag: oxoutótag: -on, [ Cl
keton]
1
2
3
4
5
CH 2
CH
C
CH2
CH 3
1-klór-2-metilpentán-3-on 1-chloro-2-methylpentan-3-one
H 2C
4
CH
3
CH2
CH 3
C
1
2
CH 2
COOH
O
CH 3 O
5
3
4
2
C
1
CH3
3-oxovajsav 3-oxobutyric acid O
O
4-pentén-2-on 4-penten-2-one
ciklohexanon cyclohexanone
b) csoportfunkciós keton
H3C
C
CH2CH3
etil-metil-keton methyl ethyl ketone
CH 3
acetil → acetofenon acetyl → acetofenone
O
c) aromás ketonok O C
O C
benzoil → benzofenon benzoyl → benzofenone
d) triviális nevek O CH3
C
O CH3
CH3
aceton acetone
C
O CH2
C
CH3
acetilaceton acetylacetone
H 3C
O
O
C
C
CH3
biacetil diacetyle
Triviális csoportnevek CH3 C CH2
CH3 C CH
O
O
acetonil
acetonilidén
O C
fenacil
CH2
O C
CH
fenacilidén
C O
δ+ δ−
Szerkezet
C O
C O
Hybride
Resonance structures for the carbonyl group
H3C
H C O H Formaldehyde µ = 2.27 D
C O H3C Acetone µ = 2.88 D ~ 120°
Z
24 ~ 1,
O
C
~ 120°
~ 120°
R
Előállítás 1. Aldehidek és ketonok közös előállítási módszerei O
- Oxidáció
R
CH2
OH
-2H
R
C H
I. r. R
CH
R
,
OH
-2H
II. r .
Jones-reagens: H2CrO4 • H2SO4 (víz-aceton) Collins-reagens: CrO3 • piridin MnO2-aktív (← KMnO4 + MnSO4) Dehidrogénező katalizátor: Cu-Cr oxid
R
C O
, R
- Acetilének hidratálása
R
C
H 2SO4
CH
R
2+
Hg -só
C CH 2
R C CH 3
OH
O
enol 2. Aldehidek előállítása - Savszármazékokból redukcióval Savkloridból: Rosenmund r.
C
R
O Cl
C Pd/BaSO 4 H2
R
O H
Savnitrilekből CH 3
CH
CH
CH 2
C
CH 2
N
Bu 2iAlH
CH
CH
CH 2
CH 2
CHO
NH
Cl CN
CH 3
CHO
C HCl
1. SnCl2
Et 2O
2. H 2O
- Aromás rendszerek elektrofil szubsztitúciója a) Gatterman: HCN + HCl (ZnCl2) b) Gatterman - Koch: CO + HCl (AlCl3) c) Reimer - Tiemann: CHCl3 / HOd) Vilsmeier: POCl3 / (CH3)2NCHO O CH 3
‘Aromás metil’ vegyületek oxidációja
C
ox.
H
pl. SeO 2 R
R
3. Ketonok előállítása - savszármazékokból savkloridból
O R
C 4H 9MgCl, Et 2O
R
C Cl
FeCl3, -70°C
C
C 4H 9
O
savnitrilből
,
R
C
N
R MgBr Et 2O
, R
C
R
NMgBr
H víz
R
C O
, R
- aromás rendszerek elektrofil szubsztitúciója Friedel-Crafts
R C
O Cl
AlCl 3
Fries átrendeződés fenol-észter + AlCl3 (v. hν) - ‘Aromás alkil’ vegyületek oldallánc oxidációja
R
R KMnO 4 víz, Al2(SO 4)3 C
CH 2CH 3 O
CH 3
Friedel-Crafts acilezés
O O
+
C
AlCl3
R C
R
+ HCl
Cl
Fries-átrendeződés: inter v. intramolekuláris O O C R AlCl3
OH
O AlCl 3 O C R
C hν
O
R
Foto-Fr ies: O O C R
O
O
OH
O C R H
ger jesztett áll.
C R O
COR
Oxovegyületek kémiai reakciói I) Addíciós és szubsztitúciós reakciók II) Addíciós reakciók α,β-telítetlen karbonilvegyületekre Regiokémia (1,2 és 1,4-addíciós reakciók) Sztereokémia (Felkin-Anh modell) III) Enolátkémia IV) Oxidáció-Redukció
I) Addíciós és szubsztitúciós reakciók A) Addíciók és szubsztitúciók (általában) 1. Nukleofil addíció a karbonilcsoportra bázikus körülmények: δ+ δ− C O
Nu
OH
O Nu
H+
C
Nu
C
tetraéderes intermedier savas körülmények:
C
O
H+
OH C
O
C
H Nu
O
Nu C H
2. Elektrofil szubsztitúció az α-szénatomon - enolát/enol képzés báziskatalízis: → enolát-anion O
O H
O
O
B
E E+
savkatalízis: → enol
O
OH
OH H+
E
H B
O
E+
B) Addíciók és azt követő kondenzáció - Addíció
→
- Kondenzáció
=
tetraéderes intermedier vagy termék
addíció + elimináció - H2 O tetraéderes intermedier termék Egyensúlyi reakciók a) vízaddíció CH3
C
CH2
O +
H
H 2O
CH2
CH3
OH C OH H
b) alkoholaddíció: sav- vagy báziskatalízissel 1. lépés: savkatalízissel
CH3
C
O H
OH CH3OH
H CH3
C H
OH CH3
C
OCH 3 + H H
‘félacetál’
2. lépés
OH CH 3
C
H
OCH3
OH 2 CH 3
C
H CH3OH
OCH3
-H 2O CH 3
OCH3
C
H
H OCH 3 CH3
C
OCH 3 H H
-H
OCH3 CH3
C
OCH 3 H
‘acetál’
1. lépés: báziskatalízissel:
O O CH 3
C
O
CH 3
OH H
CH 3
C
H H
OCH 3
-H
CH 3
C
OCH 3
H
félacetál
Gyűrűs acetál ('ketál') Etilénglikollal
O
OH
HO
O
O ciklopentanon-etilénketál
Analóg:
O
SH
HS BF 3 Et 2O
S
S
ditioketál
RCHO
HS
SH
R H
S
S BuLi S
R
R'X
C
THF
R R
S
,
S
S
RaNi R CH 2 R
R R' John McMurry: Organic Chemistry 7th Edition Thomson Books/Coole 2008
C O
pl. DMSO-HCl dioxán v. CuSO 4/szilikagél v. Hg2+/H 2O
c) Nátrium-hidrogén-szulfit addíciója O
R
R
C
C
R'
OH SO 3 Na
H
R'
R’ = H, alkil aromás aldehidek + aromás ketonok
addukt CN (ha R=Ar, R’=H)
d) HCN addíciója R C R'
O
HCN ( B)
R
CN C
R'
OH
ciánhidrin ArCOAr : nem! ArCOR : gyengén ArCHO : benzoin-kondenzáció
O R
C R'
John McMurry: Organic Chemistry 7th Edition Thomson Books/Coole 2008
Benzoin kondenzáció O O Ar
CN
CN Ar
C H
C
CN Ar C OH
H
O
Ar
C
CN O H Ar
C
O
H
Ar
CN OH CN
C
C
OH H
OH Ar
C
Ar
Ar
+ CN
aciloin Ar = Ph → benzoin
C
C
O
H
Ar
e) Wittig-reakció
→ l. olefinek
f) Acetilén addíciója
→ l. acetilének
g) Grignard-vegyület addíciója
→ l. alkoholok
Megjegyzés: mellékreakciók lehetnek: A) Sztérikusan gátolt ketonnal enolizáció H C
R'MgX
C R
R'H +
C
O
C
R
O H
+
B) Sztérikusan gátolt Grignard-vegyülettel redukció O C
H C
C
MgX
C
C
+
H
H
C
C
OMgX
OH
Grignard-reakció: karbonilvegyületek reduktív anionos alkilezése
R-MgX
+
−δ
CH2O
H H −δ C O
+δ
R- MgX
+δ
+
R-CH2-OMgX
H2O
R-CH2-OH
+
X Mg OH
a)
b)
-
H H3C C O
+
R- MgX
-
CH3
+
R- MgX
H3C C O
-
c) H3C C
Cl
-
d) H3C C
+
R- MgX
O
O
+
R- MgX
OCH3
+δ
H3C C
+δ
H3C C
+δ
H3C C
+δ
H3C C
H O
−δ
CH3 O
O
−δ
CH3 H2O H3C C OMgX R
−δ
Cl
O
H H2O H3C C OMgX R
H3C C O R
+
H3C C O R
+
+
X Mg OH
CH3 H3C C OH R
+
X Mg
X Mg Cl
−δ
OCH3
H3C CH CHOH R
folytatása b) egyenlet szerint tercier alkoholig
X Mg OCH3
folytatása b) egyenlet szerint tercier alkoholig
OH
Wittig reakció R'
R C
O
(C6H5)3P C
+
C R'
R aldehid v. keton
+ CH
trifenilfoszfin
X
C
+
trifenilfoszfin-oxid
alkén
SN2 X
R'
C6H5 C6H5 P C6H5
(C6H5)3P O
R'
R
foszfónium-ilid
R' (C6H5)3P
R'
R
R' C
H
R Li
R'
alkil-halogenid C6H5 R H +
R'
C6H5 P C R' C6H5
C6H5 R' C6H5 P C R' C6H5
a foszfónium-ilid rezonáns határszerkezetei
C
R'
R'
R
R
C
+
P(C6H5)3
O
AdN
R'
R C R O
R'
R
C
C
R' P(C6H5)3
C
R O
R' P(C6H5)3
R'
R (C6H5)3P O
C
+ R
Acetilén addíciója
R C O
R
HC CH bázis
R
OH C
R
C CH
C R'
Első ipari alkalmazás természetes vegyület szintetikus úton történő előállítására
Wittig G.; Pommer H.: DBP 954247, 1956 Wittig G.; Pommer H.: Chem. Abstr. 1959, 53, 2279.
h) fémhidriddel
C -H
O AlH3
→ l. alkoholok
C H
OAlH3 -
H
C H
OH
i) Aminok r eakciója NH2
- NH 3 O
OH
NH
hemiaminál
imin
- RNH 2 Schiff-bázis
O
N-R NR 2
- R 2NH
CH
CH O
- R 3N
NR 3X C O
OH
NR 2
C
C
C
OH
enamin
Addition of 1o Amines—Formation of Imines • Because the N atom of an imine is surrounded by three groups (two atoms and a lone pair), it is sp2 hybridized, making the C—N—R bond angle 120°, (not 180°). Imine formation is fastest when the reaction medium is weakly acidic (pH 4-5).
Addition of 2o Amines—Formation of Enamines • A 2o amine reacts with an aldehyde or ketone to give an enamine. Enamines have a nitrogen atom bonded to a C—C double bond.
The formation of imines and enamines compared
- A - NH 2 O A = HO - hidroxilamin A = NH2 - hidrazin A = H 2N C NH
N-A oxim hidrazon szemikarbazon
szemikarbazid
Főként analitikai jelentőségük van, illetve intermedierek heterociklusokhoz
O
j) Aldol-reakció: karbonilcsoport (egyik molekula) α-szénatom (másik molekula) l. később
O
C
C
O
R C 1
1
R
C O
2
R
R
C O
C
R 2
R
H
O
R1 C R2
OH
C
C
R
Az aldol további reakciói: A) Elimináció savkatalízissel
OH
O
OH2
O H3O
C H
CH2 α
CH β CH3
CH
C
CH3
CH
H
H2O
H H2O
aldol (β-hidroxiketon)
O elimináció
H3O
+
C H
H α C
C β
H α, β-telítetlen aldehid
CH3
Az aldol további reakciói: B) Elimináció báziskatalízissel
O
OH
C
CH
H O
OH
C
CH
H
C H
C
CH3
H
O
OH CH3
C H
H2O
H O
OH
C
CH C
C H
OH H
CH
CH3
H
rezonancia-stabilizált enolát
CH3
+
HO
II) Addíciós reakció α,β-telítetlen karbonil-vegyületekre Regiokémia (1,2 és 1,4-addíciós reakciók) Sztereokémia (Felkin-Anh modell) A) α,β-Telítetlen oxovegyületek reakciói nukleofilekkel Probléma: a nukleofil két helyen támadhat (ambidens elektrofil)
H Nu 1
2
'1,4 - Addíció'
3 1
O2 4
O
Nu HNu
és / vagy Nu OH
'1,2 - Addíció'
‘1,4-Addíció’ (konjugált addíció)
Nu CH2
CH
C
O
CH3
HNu Nu:
H2C
CH
C
O
CH3 Nu CH2
CH
C
O
CH3 enolát anion
Nu
CH 2
CH
C CH 3
OH
Nu
CH 2
CH 2
C CH 3
O
1,3-addíció
CH 2 Nu
CH C CH 3 O
Nagyon ritka
Nu CH 2
C
C CH 3
O
Addíció Nu
O
O
Nu
O
Nu
E
E+
Deprotonálás + reakció elektrofillel O
O E
O
E vagy
H
B
O
O
E
α
E
O
O
O
Enolát
Pentadienil-anion Izokonjugált rendszerek
Karbonilcsoporttal konjugációban lévő (alternáló kettős- és egyszeres) kötés → Látens polaritás O
Reaktivitás:
karbonil-szénatom = elektrofil (reagens: nukleofil) α-szénatom = nukleofil (reagens: elektrofil)
hasonlóan :
NH
NHR
OH
Br
Regiokémia (1,2 és 1,4-addíciós reakciók) O
O
Nu
HO
1,4
1,2
Nu
Nu
Regioszelektivitás szempontjai erősen bázikus nukleofilek
1,2
gyengén bázikus nukleofilek
1,4
Nu
Nukleofil atom C
H
Heteroatom
Nukleofil
1,4
1,2
RLi
∅
+
RMgBr
∅
+
RMgBr/CuI
+
∅
LiAlH4
∅
+
NaBH4/CuI
+
∅
NaBH4/CeCl3
∅
+
RNH2, RONa, RSNa
+
∅
1,4-Addíció nem szimmetrikus α,β-telítetlen ketonra
O
O
O Me2CuLi then H+/ H2O
+ CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
98 %
2%
Stereoselective conjugate addition reaction
Lítium-dialkil-réz (‘kuprát’) reagens 2 RLi + CuX
1,4-addíció
éter
R 2CuLi
Példa: 1,4-kuprát addíció (‘tandem vicinális difunkcionalizálás’) O
O
O
Bu2CuLi
MeI Bu
O CH3
CH3 +
Bu
transz 4
Bu
:
cisz 1
John McMurry: Organic Chemistry 7th Edition Thomson Books/Coole 2008
Robinson annulation
O
O
+
O
O
O
1. aldol condensation 2. -H2O
O
O
OCH 3
CH3 CH2 C CH -
+
OCH 3
OCH 3
CH2
CH3O Na , CH3OH O
- H2O
O
H3C
O H3C
OCH 3
O CH3 C CH -
O
+
OCH 3
CH2
CH3O Na , CH3OH
CH3
O
O CH3
CH3
- H2O
O
K. Peter, C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (5. Auflage) 2011
OCH 3
H H3C
O
OCH 3
OCH 3
Base H3C
H3C
O
O
K. Peter, C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (5. Auflage) 2011
Sztereokémia (Felkin-Anh modell) Sztereoszelektivitás - sztereokontroll Egy kémiai reakció • végbemehet a legkedvezőbb úton (kinetikusan kontrollált), vagy • végbemehet a legstabilabb terméket eredményező úton (termodinamikusan kontrollált) A sztereoszelektivitás leggyakrabban sztérikus gátlásra vezethető vissza.
Sztereokontroll Általában ciklusos vegyületek esetében könnyebben elérhető, mint aciklusos vegyületeknél.
Sztereoszelektív reakció: Több lehetséges sztereoizomer közül egy keletkezik kizárólag, vagy túlnyomóan.
Sztereospecifikus reakció: Egy bizonyos sztereoizomerből egy bizonyos termék (a lehetséges sztereoizomerek egyike) keletkezik, a másik sztereoizomerből a másik. (Ha egy vegyületnek nincs sztereoizomere, nem adhat sztereospecifikus reakciót!)
I
OH NaOH
(S)-2-iodoheptane
(R)-heptan-2-ol
Stereospecific SN2 reaction
Nukleofil addíció a karbonil-vegyületekre (Sztereokémia) Irreverzibilis, ha
Nu = H
Reverzibilis, ha
Nu = RNH2, RO vagy X
vagy R
Addíció nem szimmetrikus (a szubsztituensek nem királisak) ketonra racemát
O
CH 3MgBr
HO
H3C
CH3
+ 1
:
1
OH
Addíció nem szimmetrikus (a szubsztituens(ek) királisak) ketonra
O
Me OH MeMgBr
H Me
HO Me +
H Me syn- minor product
H Me anti- major product
Diastereoselective addition to a ketone
R O
O OMe RMgBr H
MgBr O Me
HO R +
H / H 2O
H
Chelation controlled nucleophilic addition to a ketone
OMe H
A karbonilcsoport (általában trigonális centrumok) síkjának két oldalán lévő felületek típusai Trigonális centrumok síkjának két oldalán elhelyezkedő felületek lehetnek homotópok, enantiotópok vagy diasztereotópok. Homotóp felületeket akkor kapunk, ha a π-kötések síkjában egy C2 szimmetriatengely fekszik. Heterotóp felületek Enantiotóp felületek csak akirális Cs szimmetriájú molekulában találhatók. Diasztereotóp felületek viszonya nem jellemezhető semmilyen szimmetriaelemmel.
Felületek megkülönböztetése trigonális rendszerben
Y
Z
Z
X
Y X
pl.: X > Y > Z (C.I.P.) A trigonális centrumnak pro-R (szimbóluma: re, Re) az a felülete, amely felől nézve a C.I.P. konvenció szerint rangsorba állított ligandumok prioritása órairányú, pro-S (szimbóluma: si, Si), ha ellentétes. A kialakuló tetragonális centrum konfigurációja nemcsak a belépés irányától (re vagy si) függ, hanem a belépő ligandumnak a már meglevőkhöz visszonyított rangjától is.
Molekulán belüli azonos szerkezetű és helyzetű csoportok
Homotópok (“azonos helyzetűek”) az olyan csoportok, amelyek a molekula valamely Cn szimmetriatengelye körüli elforgatással kicserélhetők (C1 kizárva!). Homotóp csoportok teljesen megkülönböztethetetlenek.
Heterotóp csoportok egymás közötti viszonya enantiotóp vagy diasztereotóp lehet.
Trigonális centrumok síkjának két oldalán lévő felületek A) Homotóp felületek
két σ−kötés a π−kötés síkjában O
O
X
a)
C
Y Z C2
H
H
H
Z
H
C2
C2
O
Me Me
O O
Me Me
Me Me
B) Heterotóp felületek
1) Enantiotóp felületek R-A
R-A R
XA Y
b)
W
X
O
Y
C
W
Y Z
W
Z
O Me CH 3
H
Z
R
Y
Z
W
AX
X
Me
Me
Me
O
2) Diasztereotóp felületek H O
X
c)
C
Y Z
W A
B
H Cl O
- Homotóp felületek esetén bármelyik oldalról jön a támadás, ugyanaz a termék képződik, függetlenül attól, hogy a reagens királis, vagy akirális.
O LiAlD4 H
H
OD D C
H H
-Enantiotóp felületek esetén mindig szteroizomerek képződnek akirális ligandummal királis ligandummal
- Diasztereotóp felületek esetén minden ligandummal
racém keverék diasztereomerek 1:1 től eltérő elegye
diasztereomerek keletkeznek
Prokirális felületek A homotóp felületekkel jellemezhető centrumok ellen intézett támadás bármelyik felület irányából azonos termékhez vezet. Enantiotóp felületek estén új ligandum bevitele mindig sztereoizomereket hoz létre. Diasztereotóp felületek reaktivitása azok különböző hozzáférhetősége miatt mindenfajta reagenssel szemben eltérő. Az egyes felületek felöli ligandumfelvétel során diasztereomerek keletkeznek. 3
H
H 3C C O
H 3C 2
Si
2
H C O
1
180o
H
1
H
CH3
180
3
Re
H C C
Br Re
Re
H
C C o
Br
CH3
Si Si
Diasztereotóp felülettel jellemezhető csoport reakciója Felkin-Anh modell, kinetikus kontroll O
O L
H
S
Me
Nu: M
S
Et
M O
S
OH L
S
M = Közepes L = Nagy
L
Nu
Et
S = Kicsi
Et
Kedvezőtlen
M
:Nu
O
L
M
Kedvező
M
Nu
Et
HO L
HO Nu
S
H
Me
Felkin-Anh modell 1. Határozza meg a legnagyobb és legkisebb csoportokat (L, S) ! 2. L csoportot helyezze el merőlegesen a karbonilra Newman projekcióban! A nukleofil támadási iránya az S csoport felől várható.
Nu
Szter eoszelektivitás 107 O
o
A-B S= A+B
100 %
Felkin-Anh modell 1) L, M, S meghatározása (large, medium, small térkitöltés) 2) L csoport és =O csoport 90O-os vetületbe helyezése (Newman projekció) 3) 107O-os szög megkeresése (Nu C=O) a C-L kötéssel quasi antiperiplanáris állásban, mindkét konformeren vizsgálva 4) (Nu)-S > (Nu)-M kedvezősége (taszítás szempontjából)
http://web.uvic.ca/~fhof/classes/335/slides_ch34_diastereoselectivity.pdf
544
Felkin-Anh modell
Sztereoszelektív reakció M
O
L O 107
107
OH M L
o
L
S
o
M
KEDVEZÕ
M
Nu
OH
L
S Nu
Nu
R
Nu
S
R
quasi antipp
S
R
quasi antipp
M
R
R D
gyenge taszítás erõs taszítás M Nu
R
M
M Nu
L
L R
L
S 107 107
o
S
KEVÉSBÉ KEDVEZÕ O
107
KEVÉSBÉ KEDVEZÕ
OH
S
OH S L
o
L
M
o
OH S
E
O
S L
S Nu
S
107
L
o
O
O
Nu
R
Nu
OH
L
M Nu
Nu
R
R M
Nu
R
M
quasi antipp
R D
erõs taszítás gyenge taszítás S
Nu
S
Nu
R
S
R S L
L R
L
M 107 107
quasi antipp
o
O
Nu
R
L
o
M Nu
M
KEDVEZÕ O
OH M
OH
E
A nukleofil támadás során az új kötés a kapcsolódó szigma kötéssel antiperiplanáris helyzetbe kerül.
B) α,β-Telítetlen oxovegyületek reakciói elektrofilekkel H CH3 H3C 4
O1 2
CH3 CH3
3
CH3
H3C
CH3
OH CH3 CH3
H 3C Cl
OH
H 3C CH3 CH3
Cl
CH3 O CH3 CH3
III) Enolátkémia A) Reakció enol-/enolát-anionon keresztül Oxo-enol tautomerizáció
CH3
C
CH3
CH3
C
CH2
OH
O oxo
enol 10-4 %
CH3
O
O
C
C CH3
CH2 84 %
H CH3
O
O
C
C
CH 16 %
CH3
karbonilcsoport reakciója:
O R
C
O CH 3
R
C
CH 3
Nu
Nu
Reactions at the α-position of carbonyl compounds enol(át) reakciója: pl. egy másik molekula karbonilcsoportjával
O C
R O
CH3
R
CH2 enolate
C
CH3
CH2
O C
C R
O
R
Aldehydes and ketones are weak BrØnsted acids
R
O
O
C
C
R
C H B
pKa = 15 - 20
C
+ BH
H2C
H
H pKa
H2C
C
17
O
O
O
H2C
C CH3
H 19
C OC2H5
H 24
CH 2 H
O
C
H
C
CH 2
CH 2 vs.
allyl anion
CH 2 H
C
O
CH 2 H
CH 2
enolate anion
H
C CH 2
C
O H
CH2
C CH2
O
O pr otonation
C H
C H
C
H C
H O
O pr otonation
C H
C
C H
C
CH 2 H
C
CH 2
B-
H
O
C
H
C
CH 2
CH 2
O
B-
H
CH2
CH2
H
H
pK a = 42
pK a = 16.5
H
O C H 3C
H
H
H
OH2 H 2C H H 2O
O
O
C
C H
C
H 2C
H
OH
O H
H
CH 3
OH
O H3C
H 3C
CH3
O
CH2
K ~ 5 × 10-6
CH2
OH
O
K ~ 6 × 10-8
O K ~ 3.2
H 3C
CH 2
CH 3
H3C
CH
CH 3
OH
O H H
K > 1013
C=C kötés stabilizációja metilcsoportok révén
OH C H
CH2
OH
enol forma
C H3C
Energia
∆G O
CH2
enol forma ∆G' > ∆G
∆G'
C H
CH3
O
aldehid forma
C H3C
C=O kötés stabilizációja metilcsoport révén
CH3
keto forma
B) Reakció az α–szénatomon – elektrofil szubsztitúció 1. Alkilezés O
O CH3
1. LiNPr 2(i) 2. CH 3I pK a = 17 -70°C
CH 3I -70°C
OLi H 3C H3C
CH
NH 2
pK a = 40
Kétszeresen aktivált α-szénatom, alkilezés
CH 3 C O
OH
1.NaOEt CH 2 C CH 3 2. RX O
CH 3 C CH O R
C CH 3 O
O +
CH 3 C ONa
R CH 2 C CH 3 O
Ha két különböző α-szénatom van: az enolátképzés regiokémiája Könnyű hozzáférés
Kinetikus enolát
O
( ) O
C
C CH3
Li
B = Li
CH2
N
= LDA
( ) O
O
C
C
CH2
CH3
CH
CH3
Termodinamikus enolát Nehéz hozzáférés
Regioselective alkylation of ketones O
MeI H 2C
CH 3
H 2C
O
O CH 3
CH 3 C-alkylation
H 2C
OSiMe3
Me3SiCl H 2C
CH 3
CH 3
O-silylation
ambident anion ('two fanged') O H 3C base
base O
O
O CH 3
Ph
CH 3
PhCH 2Br H 2C
CH 3
kinetic enolate str ong hinder ed base (e.g. LDA) low temper atur e
H 3C
O CH 3
ther modynamic enolate weak base (e.g. Et 3N) high temper atur e
PhCH 2Br H 3C
CH 3
Ph
2. Halogénezés A)
O
savkatalízissel
C CH 3
R
O
X2 acid
X
C R
CH 2
B) bázis jelenlétében
O
O
B-
C R O
I
C CH 2 δ+
R
CH 2
I CH 2 δ+
O
O B-
δ−
C
R δ−
O
I
C CH 3
R
I
I2
C R
C R
CH
CHI 2
I
R
O
O
O
C
C
C
CHI 2
R
CI 3
R
O
+ HCI 3
OH
H CH3
C O
CH2
CH3
CH3
C
OH
CH
CH3
Br 2
O H2C C CH2 CH3
CH3
Br 2
C
CH
O
Br
CH3
3-brómbután-2-on
Br
CH2
C CH2 O
1-brómbután-2-on
CH3
C) Reakció az α–szénatomon – aldolkondenzáció (enolát addíciója karbonilcsoportra) 1. Aldolképzés
O
HO
C H 3C
H
O
O
C
C
H2C
H CH3
H2C
O C H H O
OH
C H
O C
C CH2
H
CH2
H O H CH3 + OH
O C CH3 H
H
O
OH D 3O
R
C
R
C
O ugyan így
R
R H
R D
H
D
D
OH C R
O
OH Br2
CHR
R
R
H
Br
H
Enol gyenge nukleofil
R
C
R
C
Br
R C
R
OH
C
OH
O
OH
OH
C
R
R
R
R
R
R R
R
C
R
D
O D 2O
O
C
R
C
ugyan így
R
R H
D
D
O Br2
R
ugyan így
R
C
H
Br
Br
R O R X C
R
R
SN 2
Enolátanion erõsebb nukleofil
H
R
R C
R
O
O
C
R
R
R H
D
O
C
( ) O
R
OH
C
R
R R R
Br
O 2
OH
C H
CH3
H
O
OH
C
CH CH2
+ OH CH3
újabb Aldol-reakció elvégzésére képes!
Probléma: 'keresztezett aldol'
Keresztezett aldol-kondenzáció és lehetséges termékei
O
O C H
OH
O C H
CH CH2 R2 CH R1
H
CH2 R1
H
OH
O C
C
+
CH CH2 R1 CH R2
CH2 R2
OH
O C H
CH CH2 R2 CH R2
OH
O C H
CH CH2 R1 CH R1
O H 3C
C
CH3
H
+
H 3C
Cl
O
H
C
CH2 H +
Cl
H3C
O
H
C
CH2 + H
Cl
1. Savkatalizált enolképzés
H 3C
O
H
C
CH2 + C
CH3 O
H
H3C
O
H
CH3
C
CH2 C
CH3
O
H
CH3
2. Az enol addíciója egy másik aceton molekula protonált karbonilcsoportjára
H 3C
O
H
C
CH2 C
O
CH3 O
H
H 3C
C
CH3 CH C H
CH3
O
H
CH3 H O
Cl H 3C 3. Savkatalizált víz-elimináció
C
CH3 CH
C
CH3
+ H
Cl
+ O
H
H
2. Aldolreakció ketonnal
O
O
OH
O
O
O
OH CH3C
CH3C
CH2CCH3
CH2CCH3
CH3C + CH2CCH3
H 2O CH3
CH3
O H2O OH
2CH3CCH3
CH3
(5%)
(95%)
Az aldolképződés ketonokból termodinamikailag kedvezőtlen!
3. Az aldol további reakciói: A) Elimináció savkatalízissel
OH
O
OH2
O H3O
C H
CH2 α
CH β CH3
CH
C
CH3
CH
H
H2O
H H2O
aldol (β-hidroxiketon)
O elimináció
H3O
+
C H
H α C
C β
H α, β-telítetlen aldehid
CH3
3. Az aldol további reakciói: B) Elimináció báziskatalízissel
O
OH
C
CH
H O
OH
C
CH
H
C H
C
CH3
H
O
OH CH3
C H
H2O
H O
OH
C
CH C
C H
OH H
CH
CH3
H
rezonancia-stabilizált enolát
CH3
+
HO
D) Reakció az α–szénatomon – Claisen-Schmidt kondenzáció (hasonló a keresztezett aldolkondenzációhoz) O O
C H
OH
C H 3C
CH3
H
CH3
C
C CH
∆
O
+ H 2O
vö. keresztezett aldol: ‘egyik jóval reaktívabb’ O H
CH3 CH2 C
C H
CH3
O HO H
CH2 CH
O C H
-H 2O
H 3C
O C
H 2C
C H
E) Diszproporcionálódás: Cannizzaro reakció
α-H-t nem tartalmazó aldehidek
O R
C
HO
karbonsav + alkohol
O H C R
O OH
R
C
H
H OH O R C OH
O R C H H
O R
RCH 2OH
C O
‘Keresztezett’ Cannizaro reakció
CHO O H C H
CH 2OH O
KOH HC
CH 3OH
CH 3
OH CH 3
Intramolekuláris Cannizzaro reakció
O
H C
H
C O
OH
O CH2OH HO glikolsav
IV) Oxidáció-redukció 1. Redukció - Kizsnyer-Wolff l. paraffinok - Clemmensen l. paraffinok - fémhidridek (Meerwein-Ponndorf-Verley) l. nukleofil addíció (AlH -) 4
l. alkoholok
2. Oxidáció O2/persavak H 2 O2 KMnO4
R-COOH
R-CHO O HNO3
HOOC
(CH 2)4 COOH
O
O RCO3H
O
(Baeyer-Williger)
Ph
C O
CH 3
SeO2
Ph
C O
CHO
Meerwein-Ponndorf-Verley redukció
R
H3C C O
R
H
R'
H3C
H3C
C
C
+
H
R'
O Al
C O
+ OH
H3C
3
folyamatos kidesztillálás
alkoholát felesleg OC(CH3)3
Oppenauer oxidáció
R
H C
R'
OH
3 R'
OC(CH3)3 (CH3)3OC
H 3C C O
R'
nem oxidálható alkohol acetonfelesleg (nem tud leadni hidridiont)
+ OH
R
H 3C
H C
OC(CH3)3
C O
+
R
(CH3)3OC
H 3C
Al
Al
R R'
C H 3C
OH
H C
OC(CH3)3
+
H
+ 3 (CH3)3COH O Al 3
Baeyer-Villiger oxidáció: észterképzés H O R O Ar C
R
O
R
O
, Ar O
O
O
O H , R
O R
O
O R
,
Ar C
H H O
O Ph
Et
Ph
Et
O
Vándor lási tendencia: H > ter c - alkil > szek - alkil > fenil > pr imer - alkil > metil
OH
O
O
CH3 C C6H5
+
O H
H O O C
R
+H
CH3 C C6H5 O O C
O H CH3 C C6H5
R
O O C
O
R
OH O _ R C OH
O H
O H
CH3 C C6H5
CH3 C O
O H CH3 C O
O
C 6H 5
-H
O CH3 C O
C 6H 5
C 6H 5
O H CH3 C C6H5 O
Mechanism of biological aldehyde and ketone reductions by the coenzyme NADH John McMurry: Organic Chemistry 7th Edition Thomson Books/Coole 2008
Néhány fontosabb oxovegyület
Fontosabb aldehidek
Formaldehid: 40%-os vizes oldata a formalin
n = 10 - 100
HO(CH2 O)n-1CH2OH
n HOCH 2OH
par afor maldehid
Acetaldehid Metaldehid H CH3
Paraldehid H3C CH3 O H
O
H3C
O
O
O
H3C O
O
H
H
H
H H2SO4
HCl
H2SO4
H2SO4, O H3C
C H
CH3
H CH3
K. Peter, C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (5. Auflage) 2011
Fontosabb ketonok
Butirofenonok (antipszichotikumok)
F
C
(CH 2)3 R
Haloperidol
O Szteroidhormonok O
O
H
H H
H
H
HO
HO H
Androszteron (férfi)
Ösztron (női)
H
Íz- és illatanyagok
H CHO
(CH2)2C
CH3
H
O HO
HO
C CH3
‘Málna-keton’ (raspberry ketone ‘Himbeer-Keton’)
CH3
‘Gyöngyvirág-aldehid’ (lily-of-the-valley aldehyde ‘Maiglöckchen-Aldehyd’)
Oldószerek és különféle szintézis-alapanyagok
H3C
O
O
C
C
CH 3
Aceton, mint oldószer
CH 3
Acetofenon, mint szintézis-alapanyag
Néhány biológiailag fontos származék
Vitamine B6
John McMurry: Organic Chemistry 7th Edition Thomson Books/Coole 2008
Pyridoxal Biosynthesis
http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/reaction/misc/pyridoxal.html
Strictosidin-Synthase ist ein pflanzliches Enzym, das die Mannich-artige Kondensation von Tryptamin und Secologanin nach Strictosidin katalysiert. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Biosynthese der Indolalkaloide. Das Enzym ist in den Vakuolen der Wurzeln lokalisiert.
Olivamuslica feromonjai
K. Peter, C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (5. Auflage) 2011
Hidroxioxo- és dioxo vegyületek 1.
2. CH 3COOH
HC CH
Zn , ∆
O C
CH 3
2
CH 2
CH
O
vinil-acetát H2O2 OsO4 H
Aldolképzés (l. előbb)
OH O CH3CCH2CH
O C CH2
O
H
CH3 C O CH CH2
- CH3COOH
OH
O glikolaldehid
OH H
3. CH3 C O CH2Br
KO
O
CH3
C H
C O
kálium-formiát
- KBr
CH2
CH3OH
O O C
H
CH3 C O CH2OH acetol
O CH3O C H metil-formiát
4. O
O O
SeO2
CH3C CCH3
CH3CCH2CH3
diacetil
O
O CH3CCH2 H + CH3CH2O
O
O
C CH3
O
CH3CCHCOCH2CH3 + Cl CH2CCH3
O
NaOCH2CH3
CH3CCH2CCH3 + CH3CH2OH
CH3CH2OH vízmentes
O
acetilaceton
O
CH3CCHCOCH2CH3
Na
CH2CCH3 O O
O
CH3CCH2CH2CCH3 + CO2 + CH3CH2OH acetonilaceton
O
H 2O forralás
