Quiz – Karboxylové kyseliny & jejich deriváty 1. Určete produkt(y) reakce propionylchloridu s následujícími reaktanty: a) H2O i) CH3CH2CH2NH2 (nadbytek) b) CH3CH2CH2CH2Li (nadbytek) j) m-toluidin (nadbytek) c) (CH3)2CHOH + pyridin k) (CH3CH2)2NH (nadbytek) d) NH3 (nadbytek) l) CH3OH + pyridin e) toluen + AlCl3 m) CH3CH2COO-Na+ f) [(CH3)2CH]3AlHLi n) CH3CH2COOH + pyridin g) [(CH3)3C]2CuLi o) o-kresol + pyridin h) KOH (nadbytek)/ H2O p) NBS, HBr a SOCl2 2. Doplňte reagenty (a) – (n) chybějící v zobrazené syntéze Cantharidinu z furanu (Cantharidin je silně zpuchýřující látka, která byla izolována z usušených brouků Cantharis vesicatoria). (Ms = methansulfonyl ~ mesyl; Ph = fenyl; Me = methyl; Et = ethyl) O
O
(a)
(b)
O
CO2Me CO2Me
O
O
(c) CO2Me CO2Me O
(d)
(e)
(f)
CH2OH CH2OH
CO2Me CO2Me O
O (g) CH2SEt CH2SEt
CH2OMs CH2OMs
OH OH CH2SEt CH2SEt
O
O
O
HIO4
(i)
CHO CHO
(j) CHO
O
O
O OH
(k) CH Ph
OH
O ΔT (- CH3CO2H)
OH OH
(h)
O OCCH3
(l)
CH
CH
Ph
Ph
(m) CH Ph
O
O
O CO2H CO2H
O
(n)
O Catharidin
1
3. Navrhněte, jaký produkt(y) získáte reakcí sukcinanhydridu s následujícími reaktanty: a) NH3 (nadbytek) b) H2O c) butanol d) benzen + AlCl3 e) ethylamin (nadbytek) f) dipropylamin (nadbytek)
4. Navrhněte a napište syntézu následujících sloučenin z uvedených výchozích látek. a) octová kyselina → malonová kyselina b) pentanal → pentanová kyselina c) 1-brombutan → pentanová kyselina d) cyklohexanol → adipová kyselina e) dec-5-en → pentanová kyselina f) butan-1,4-diol → jantarová kyselina
5. Připravte následující látky z o-bromtoluenu: a) o-brombenzoová kyselina b) o-bromfenyloctová kyselina c) o-bromfenylhydroxyoctová kyselina d) 3-(2-bromfenyl)akrylová kyselina 6. Určete produkt(y) následujících reakcí. a) 2,2-dimethylpropanoylchlorid + isopropyl(methyl)amin / Pyridin → b) p-nitrobenzoylchlorid + 2-(N,N-dimethylamino)ethanol→ c) 2 N,N-dimehylanilin + fosgen → d) salicylová kyselina + acetanhydrid / Pyridin → e) ethylamin + ftalanhydrid → f) decyl-palmitoát + ethanol (nadbytek) / H+, ΔT → g) methyl-acetát + hydroxylamin / ΔT →
7. Navrhněte alespoň 2 různé syntézy následujících sloučenin: a) acetofenon b) 2,2-dimethylpropanová kyselina c) benzyl-acetát d) N,N-dimehylbenzamid
2
8. Určete, které z následujících sloučenin budou reagovat s: a) NaBH4 b) H+ / H2O, ΔT c) Jonesův reagent (Na2Cr2O7 + H2SO4 → CrO3 / aceton, H2O) a napište produkty těchto reakcí. O
O
O
O
H O B
A
C
D O
O
O O H
HO E
F
O G
O H
9. Navrhněte a napište syntézu následujících sloučenin z uvedených výchozích látek. a) propylbromid → butanová kyselina b) brombenzen → benzoová kyselina c) cyklopentankarboxylová kyselina → terc-butyl-cyklopentankarboxylát d) benzoová kyselina → allyl-benzoát e) ethin → vinyl-acetát f) pent-4-en-1-ová kyselina → γ-valerolakton g) cyklohexan-1,2-dikarboxylová kyselina → cyklohexen h) cyklopentankarboxylová kyselina → cyklopentylbromid i) 4-chlorbenzoová kyselina → p-bromchlorbenzen j) palmitová kyselina → pentadekyljodid k) (2S)-2-methylbutanová kyselina → 2-brombutan (racemát)
10.
Doplňte chybějící reaktan(y), reagent(y) nebo produkt(y) a produkt(y) plně pojmenujte.
a) OH
O
O 3. H3O+
H C9H12O2
3
b) O O
Na2Cr2O7 H3O+
OH
c) O
OH H+ (kat.), ΔT
3. CO2 4. H3O+
O
C6H10O2
d) O O
OH
O O
C3H6O
e) 1. NaBH4 2. PBr3
OH
Br
f) O OEt OEt
1. EtONa 2. CH3-I
1. EtONa 2. CO2CH3 Br
O O H3C
OH OH O
4
g) O 2
O H
+
EtONa ΔT
h) O H3O+ ΔT
OEt EtONa ΔT OEt
2 O
i) O 1. EtONa / EtOH 2. Bu-Br
CO2Et
H3O+ ΔT
j) O
O O
1. LDA / THF 2. O
O O
Cl -78°C
H3O+ ΔT
5
Řešení: 1. a) O
O Cl
+ H2O
OH
+ HCl
b) OH
O +
+ LiCl
Li 2. H+/ H O 2
Cl
c) O +
O
OH
+
pyridin
Cl
N H
O
Cl
d) O
O + Cl
NH3
NH2
+ NH4Cl
e) CH3 CH3 O
CH3
O +
AlCl3
+
Cl O
f) O
O Cl
+ [(CH3)2CH]3AlHLi
H
g) O
O Cl
+ [(CH3)3C]2CuLi
h) O
O Cl
+ 2 KOH
H2O
OK
+ KCl
6
i) O
O
NH2
+
NH3Cl
+
N H
Cl
j) CH3
O
CH3
O
+ N H
Cl NH2
CH3
+ NH3Cl
k) O
O
H N
+ Cl
H2Cl N
+
N
l) O
O Cl
+ HO
+
pyridin
N H
O
Cl
m) O Cl
O
O-Na+
+
O + NaCl O
O
n) O Cl
O
OH
+
+
pyridin
O
O O
N H
Cl
o) OH
O +
O CH3
+
O
pyridin
Cl
CH3
N H
Cl
p) O
O
O + HBr +
N Br
Cl
Cl
SOCl2 Br
O
2. (a) Diels-Alderova reakce: O MeO
O OMe
7
(b) Katalytická hydrogenace: H2 / Pd Disubstituovaná dvojná vazba je méně stericky bráněná než tetrasubstituovaná dvojná vazba a tedy i více reaktivnější. (c) Diels-Alderova reakce:
(d) Redukce esteru: LiAlH4 (e) Příprava esteru methansulfonové kyseliny: O H3C S Cl + O
N
(f) Substituce nukleofilní: CH3CH2S(g) Oxidace dvojné vazby: OsO4 a potom Na2SO3 (h) Redukce sulfidu (odstranění jako chránící skupiny): Raney Ni (i) Aldolová kondenzace: 40 % NaOH / H2O (nebo jiná báze) (j) Adice nukleofilní na karbonylu: PhMgBr (nebo PhLi) a potom H+ / H2O (k) Kysele katalyzovaný přesmyk allylalkoholu: H+ / H2O (l) Příprava esteru: O + H3C
Cl
N
(m) Ozonolýza s následující oxidací: 1. O3; 2. H2O2, AcOH (n) Termicky iniciovaná dehydratace: ΔT
3. a) O
O
O
+ NH3
H2NOC
+ H2O
HO2C
CO2- NH4+
b) O
O
O
CO2H
c) O
O
O
+
OH
HO2C
CO2CH2CH2CH2CH3
8
d) O O
O
O
AlCl3
+
CO2H
e) O
O
O
+
NH2
+
H N
CO2- +H3NCH2CH3
H3CH2CHNOC
f) O
O
O
CO2- +H2N(CH2CH2CH3)2
(H3CH2CH2C)2NOC
4. a) O
Br2 OH
O Br
O
NaOH Br
OH
O
NaCN NC
ONa
H+/ H2O ΔT ONa
O
O
HO
OH
b) H 1. Ag(NH ) OH 3 2 2. H3O+ O
OH O
c) OMgBr H+/ H O 2
1. Mg / Et2O Br 2. CO2
OH
O
O
d) O
OH 1. KMnO , OH-, ΔT 4 2. H+/ H2O
OH OH O
e) 1. KMnO4, OH-, ΔT 2. H+/ H2O
OH 2 O
f) HO
1. KMnO4, OH-, ΔT OH 2. H+/ H O 2
O HO
OH O
5. a) CH3
Br 1. KMnO4, OH , ΔT + 2. H / H2O
COOH Br
9
b) Br
CH3 Br Br2 / ROOR CCl4
CH2
NC Br NaCN
CH2
+
H / H 2O ΔT
Br
H2C
COOH Br
c) CH3
Br 1. KMnO4, OH , ΔT 2. H+/ H2O
HO
CH
HO
CN
KCN H + / H 2O
+
H / H2O ΔT
Br
COCl
COOH Br SOCl2
CH
CHO Br LiAlH[OC(CH3)3]3 Et2O, -78°C
Br
COOH Br
d) Br
CH3 Br Br2 / ROOR CCl4
LiAlH[OC(CH3)3]3 Et2O, -78°C
H2C
CH2
NC Br NaCN
CH2
+
Br
OH CH H2C CN KCN Br + Br H / H2O
H / H2O ΔT
H2C
COOH Br
OH CH H2C COOH Br
CHO
H +/ H2O ΔT
SOCl2
H 2C
HC
COCl Br
H C
COOH Br
6. a) Cl
N
+
Pyridin
N H
O
+
O
N H Cl
b) O
O Cl +
N
O
NH
Cl
OH O2N
O2N
c) Friedel-Craftsova acylace (terciární aminy nepodléhají acylaci na dusíku) O 2
N
O + 2 HCl
+ Cl
Cl
N
N
10
d) CO2H
O
CO2H
O
+
Pyridin
O
OH
O +
O
OH O
e) O NH2 +
CO2H H N
O
O
O
f) H3C(H2C)14
O O
H3C(H2C)14
H+ ΔT
(CH2)9CH3 + CH OH 3
O O
CH3 + CH (CH ) OH 3 2 9
g) O +
HO NH2
O
ΔT
N H
O
OH + CH OH 3
7. Možností syntéz v těchto případech je více a v tomto řešení je snahou vyznačit nejschůdnější, nejméně náročný a pokud možno nejkratší způsob přípravy požadovaných látek. a) O
O
AlCl3
+ H3C
CH3
Cl
O
O Cl + (CH3)2CuLi
CH3
b) Br
O
1. Mg, Et2O 2. CO2 3. H3O+
OH
OH
O
1. KMnO4, OH-, ΔT 2. H3O+
OH
c) OH
+
Cl pyridin
H3C OH
O
O
O
CH3 O
O
+ H3C
O
O
CH3 pyridin
O
CH3
11
O
OH
+ H3C
O H2SO4 ΔT OH
O
CH3
d) O OEt + (CH3)2NH
O
ΔT
N(CH3)2
O
O Cl + (CH3)2NH pyridin O
N(CH3)2
O
O + (CH3)2NH
O
N(CH3)2
pyridin
8. S uvedenými reagenty budou reagovat: a) NaBH4 – A, B, C, E, F b) H+ / H2O, ΔT – D, G, H c) Jonesův reagent (Na2Cr2O7 + H2SO4 → CrO3 / aceton, H2O) – A, E, F a) OH
O
O
NaBH4
B
A
H
OH
O
O
NaBH4
C
OH
E
NaBH4
HO O F
NaBH4
OH
NaBH4 HO
OH
H
b) O D
H+ H2O, ΔT
O O
H
O OH
+
OH
G
O
H+ O H2O, ΔT
O HO
OH
O O
H+ H2O, ΔT
OH + HO CH3
12
c) O
O
B
Na2Cr2O7 + H2SO4 aceton, H2O
H
O E HO
O
Na2Cr2O7 + H2SO4 aceton, H2O
O O
O F
OH
Na2Cr2O7 + H2SO4 aceton, H2O
H
OH
9. Možností syntéz v těchto případech je více a v tomto řešení je snahou vyznačit nejschůdnější, nejméně náročný a pokud možno nejkratší způsob přípravy s nejvyšším výtěžkem požadovaných látek. a) Br NaCN EtOH
CN
O C
H+/ H2O ΔT
OH
b) Br
Li
2 Li pentan
O 1. CO2 2 H+/ H2O
OH
c) O
O OH H2SO4 (kat.)
O
d) O
O OH
AgOH
Br O Ag
- AgBr
O O
e) O H C C H +
H2SO4 HgSO 4 (kat.) OH
O O
f) OH H SO (kat.) 2 4 O
O
O
g) CO2H CO2H
(AcO)4Pb ΔT
+ 2 CO2 + 2 CH3CO2H + (AcO)2Pb
13
h) V příkladech g) až k) se jedná o oxidaci, při které dochází k dekarboxylaci (v důsledku již tak vysokého oxidačního stavu karboxylových kyselin). Reakce může být iniciována solemi Hg2+, Pb4+ nebo Ag+, přičemž tato reakce se nazývá Hunsdieckerova reakce. Pro lepší pochopení této reakce je zobrazen mechanismus pro tento příklad. O
HgO + Br2 OH CCl4, ΔT
Br
+ CO2 + HBr
Mechanismus (M = Hg2+, Pb4+ nebo Ag+): O
O HgO nebo Ag2O OH nebo (AcO)4Pb
O
M
O
Br2
O
Br
ΔT (nebo hν)
O O
O
+ O
+
Br
OH
HgO + Br2 CCl4, ΔT, hν
Br Br
- CO2
O +
O
i) O
Cl
Br Cl
j) H3C (CH2)14COOH
Ag2O + I2 CCl4, ΔT, hν
H3C (CH2)14 I
k) CO2H Ag2O + Br2 CCl4, ΔT, hν
Br
10. a) Příprava sodné soli benzylalkoholu pomocí hybridu sodného a jeho reakce s oxiranem s následným vytěsněním alkoholu zředěnou kyselinou z jeho sodné soli. Reakce pokračuje oxidací pyridinium-chlorchromátem. 1. NaH 2. OH O 3. H3O+
O
PCC OH (CrO3 + Py + HCl)
O
O H
2-benzyloxyacetaldehyd b) Oxidace propanolu Jonesovým reagentem na karboxylovou kyselinu. Příprava propanoylchloridu reakcí karboxylové kyseliny s thionylchloridem a následuje FriedelCraftsova acylace benzenu.
14
O
Na2Cr2O7 H3O+
OH
O
1. SOCl2 2. benzen + AlCl3 ΔT OH
propiofenon c) Halogenace alkoholu na cyklopentylhalogenid, následná příprava Grignardova činidla a jeho reakce s CO2 za vzniku hořečnaté soli cyklopentankarboxylové kyseliny a její vytěsnění zředěnou kyselinou. Následuje kysele katalyzovaná esterifikace (Fisherova esterifikace) s propanolem. 1. PBr3 OH 2. Mg
O
O
OH
+ OH H (kat.), ΔT
3. CO2 4. H3O+
O
propyl-cyklopentankarboxylát d) Oxidace alkoholu na aldehyd, po které následuje aldolizace a redukce aldehydické skupiny na hydroxy skupinu za vzniku diolu. Poté je diol acetylován acetanhydridem. OH
PCC (CrO3 + Py + HCl)
O
1. NaOH / H2O H 2. NaBH4 3. (CH3CO)2O
O O
O O
2-methylpent-1,3-diyl-diacetát e) Redukce acetonu na isopropanol a jeho halogenace na isopropylbromid. Příprava Grignardova činidla a jeho reakce s 0.5 ekv. ethyl-acetátu s následnou kyselou hydrolýzou vzniklé soli terciárního alkoholu. 1. Mg 2. O O
OH
Br
1. NaBH4 2. PBr3
O 3. H3O+
2,3,4-trimethylpentan-3-ol f) O OEt OEt
1. EtONa 2. CH3-I
OEt H3C OEt
O
O
O
O
O
1. EtONa 2. CO2CH3 Br
H3C H3CO2C O
H3C H3O+ ΔT OEt - CO2 - 2 EtOH - CH3OH OEt
OH OH O
2-methylbutandiová kyselina g) O 2
O H
+
O
O
EtONa ΔT
1,5-difenylpenta-1,4-dien-3-on
15
h) O
O OEt EtONa ΔT OEt
2
O CO2Et
EtO2C
O
H3O+ ΔT
+ 2 CO2 + 2 EtOH
O
O
cyklohexan-1,4-dion i) O CO2Et CO2Et
CO2Et
1. EtONa / EtOH 2. Bu-Br
H3O+ ΔT
O + CO2 + EtOH
2-butylcyklopentanon j) O
O O
1. LDA / THF 2. O
O
O O
1. EtONa 2. Br
O O
Cl -78°C
O O+
H3 ΔT
+ CO2 + EtOH
2,2-dimethylheptan-3-on
16
