G. Licini, Università di Padova. La riproduzione a fini commerciali è vietata 1

Transcript

1 ssidazioni e iduzioni ssidazione: Perdita di elettroni da un elemento iduzione: i Acquisto di elettroni Per i composti organici: ssidazione: imozione di atomi di idrogeno o introduzione di eteroatomi in una molecola iduzione: Addizione di atomi di idrogeno o rimozione di eteroatomi in una molecola 1 Livello di ossidazione delle molecole organiche Scrivere il meccanismo per le trasformazioni descritte sopra 2

2 Livello di ossidazione delle molecole organiche Addizione di acqua stato ossidazione invariato 3 Livello di ossidazione dell azoto 4

3 Idrogenazioni metallo catalizzate eazione a più stadi stereospecifica (addizione sin) 5 Catalizzatori per idrogenazione: Metallo finemente distribuito su una superficie inerte: Platino, palladio, nickel (5-10%) su carbone o CaC 3 Adam s catalyst: Pt 2.H 2 (precatalizzatore precatalizzatore). In presenza di H 2 si riduce a Pt metallico sul supporto Pd/C Pd/CaC 3 Solventi: etanolo, acido acetico, metilen cloruro, eteri. 1-5 atm H 2. 6

4 eazioni di idrogenazione: stereochimica e chemoselettività Stereospecifica, chemoselettiva, può essere stereoselettiva 7 eazioni di idrogenazione: alchini Difficile da fermare a livello di olefina. Se il catalizzatore viene avvelenato diventa meno efficiente ma più selettivo Lindlar catalyst: Pd/CaC 3 + chinolina e piombo acetato 8

5 Esercizio: quale è il prodotto di reazione atteso per i seguenti composti con eccesso di H 2 e 5% di Pd/C? 9 eazioni di idrogenazione: composti azotati Diversi gruppi funzionali contenenti azoto possono essere ridotti via idrogenazione. Gruppi ciano e azido, facilmente inseribili in molecole via reazioni di sostituzione possono essere trasformati in ammine + 1 C 10

6 eazioni di idrogenazione: eazione di Mitsunobu Trasformazione alcol ammina primaria stereospecifica. Inversione di configurazione. Come altro potreste fare l ammina dall alcol? 11 eazioni di idrogenazione: composti azotati. iduzione gruppi nitro aromatici. Sintesi di aniline Esercizio: disegnare la struttura del prodotto principale atteso dalle seguenti reazioni 12

7 ssidazione: imozione di atomi di idrogeno o introduzione di eteroatomi (ossigeno) in una molecola. Molecole ad elevato contenuto di ossigeno: 2, 3, CH, KMn 4, Cr 3, K 2 Cr 2 7, s 4, NaI 4 ssigeno molecolare ossigeno in stato di tripletto, elettroni spaiati (inerte cineticamente). ssigeno di singoletto molto più reattivo. Si ottiene per eccitazione fotochimica in presenza di un fotosensitizzatore ssigeno di singoletto: reagisce via reazioni di cicloaddizione (pericicliche) per fare endoperossidi) 13 eazioni di Diels-Alder (cicloaddizioni 4+2) Stereospecifica (è un processo concertato) 14

8 Endoperossidi naturali: Artemisinina (antimalarico naturale estratto dalla Artemisia annua) e suoi derivati Artemisinina Artemether Artemisia annua Acido Artenilico Artenimolo Artemotil Artesunate 15 zono: reazioni di ozonolisi zono: molecola dipolare (1,3 dipolo) eagisce con un alchene via un meccanismo [4+2] portando ad una specie chiamata molozolide che è instabile e riarrangia a ozonide ozonide.. Gli ozonidi posso essere opportunamente trattati ((work work up ossidativo MeSMe)) per fornire i corrispondenti (H22) o riduttivo (Zn.H2 o MeSMe 16 composti carbonilici 8

9 reazioni di ozonolisi Workup ossidativo: H 2 2 H Workup riduttivo: Zn/H 2 ; Me 2 S 17 zonolisi riduttiva: si ottiene l aldeide e il chetone corrispondente alla rottura del doppio legame Esercizio: disegnare la struttura del prodotto principale atteso dalle seguenti reazioni con work up ossidativo e riducente 18

10 smio tetrossido: Anche in questo caso possiamo utilizzato il meccanismo di cicloaddizione concertato [4+2] per descrivere la reazione di ossidazione di un doppio legame. Il prodotto finale èun diolo ela reazione di ossidazione (addizione) èstereospecifica (cis addizione). 19 L osmio tetrossido è tossico e costoso e quindi si preferisce usarlo come catalizzatore in presenza di altri ossidanti primari: H 2 H 6 H L* s L* 9 L* s 1 NMM Primary Cycle (High ee.s) MN L* s L* Secondary Cycle (Low ee.s) H L* H s H 2 20

11 smilazione osmio tetrassido come catalizzatore s 4 + L* (amine) + (5) s L* + s (6) s N L* Me L* N Me s L* N Me s L* + N Me (7) s L* +H 2 s. 4 L* + H H (8) s 4. L* s 4 + L* (9) + + H 2 + (10) N N H H Me Me 21 smilazione reazione stereospecifica 22

12 Esercizio: scrivere la struttura del prodotto principale atteso dalle seguenti reazioni evidenziandone la stereochimica. 23 Sodio periodato: gli ioni periodato sono in grado trasformare i dioli portando a composti aldeidici corrispondenti. Possono essere utilizzati in concerto con l osmio tetrossido (Lemeiux-Johnson cleavage) Meccanismo 24

13 La rottura ossidativa di un doppio legame C=C porta sempre al corrispondente composto carbonilico se all atomo di carbonio non sono legati dei protoni. Se sono legati dei protoni si può ottenete l aldeide corrispondente o l acido carbossilico, a seconda delle condizioni di cleavage utilizzate 25 Epossidi: si possono ottenere per ossidazione di alcheni. Generalmente si utilizzano peracidi (acido peracetico). Sono sostanze esplosive e sensibili anche agli shock meccanici Meccanismo (reazione stereospecifica, sin addizione) L ossidazione è elettrofila per cui olefine elettron ricche saranno più reattive Quale prodotto si formerà? 26

14 Sintesi di Epossidi: via addizione stereospecifica e S N 2 o ossidazione con peracidi 27 Sintesi di Dioli: via osmilazione o ossidazione con peracidi/idrolisi. Controllo della stereochimica 28

15 Sintesi di epossidi (ossirani) Stereochimica ritenzione inversione 29 Epossido (ossirani) eteri ciclici 30

16 31 Controllo regiochimico della reazione Sostituzione tu o alla a posizione o meno sostituita tu ta -meno ingombrata 32

17 Apertura di anello nucleofila, acido catalizzata opposta regiochimica 33 Controllo della regiochimica della sostituzione ph 7 ph

18 ssidazione di Alcoli Primari e Secondari Eliminazione di due atomi di idrogeno per generare il gruppo carbonilico Analogie con meccanismi di tipo E1 o E2? 35 ssidazione di Swern (E2) H C H 1. DMS, ClCCCl, -78 C 2. Et 3 N C eagente attivato t Meccanismo 36

19 Meccanismo 37 Esercizio: Quale è il prodotto di questa reazione? Proporne un meccanismo 38

20 Cromo e Manganese ossidi come ossidanti di alcoli A seconda del reagente e delle condizioni di reazione è difficile fermare l ossidazione di un alcol l primario i a livello ll di aldeide L ulteriore ossidazione del chetone è difficile per cui la reazione è altamente chemoselettiva Non decorre 39 Cromo ossido: reagenti più utilizzati 40

21 41 eagente di Jones (acido cromico e acido solforico) Più reattivo meno chemoselettivo con alcoli primari 42

22 Biossido di manganese ssidazione di alcoli allilici e benzilici ad aldeide ssidante più blando non ossida alcoli primari e secondari alifatici 43 Esercizio: con quali reattivi effettuereste le ossidazioni riportate? 44

23 Iodo derivati altovalenti ssidazione di alcoli allilici e benzilici ad aldeide Acido iodosobenzioco (IBX) Dess-Martin periodinano (DMP) 45 Iodo derivati altovalenti meccanismo 46

24 S-Adenosil Metionina - agente metilante 47 ssidazione di alcoli in ambiente biologico: un H - agisce formalmente da gruppo uscente 48

25 Nicotammide adenina dinucleotide (NAD + ) 49 50

26 Processi coinvolti nel ciclo dell acido citrico (ciclo di Krebs) 51