Sostituzione nucleofila Addizione a gruppi carbonilici Addizione a doppi legami attivati

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1 himica rganica II Sintesi di legami - Nella costruzione di molecole organiche complesse, gli stadi critici sono spesso quelli che comportano la formazione di legami carboni- carbonio. I legami - possono essere prodotti in reazioni che utilizzano carbocationi (Friedl-raft, polimerizzazioni), radicali al carbonio (polimerizzazioni), carbeni e in reazioni pericliche. Ma sicuramente le più utili e applicabili sono le reazioni che fanno uso di carbanioni. vviamente, la reattività principale di un carboanione è quella di nucleofilo. Le più importanti reazioni di sintesi di legami - che fanno uso di carboanioni possono essere classificate in tre categorie: Sostituzione nucleofila Addizione a gruppi carbonilici Addizione a doppi legami attivati 1

2 himica rganica II arbanioni 2 2 pk a = 50 pk a = 38 I carbanioni di idrocarburi alifatici e aromatici sono difficili da formare e molto reattivi. Inoltre, tendono ad agire come basi. N NaN 2 pk a = 9 pk a = 25 Il carbonio ibridizzato sp è più elettronegativo 2 Br Mg δ- δ+ 2 MgBr I composti organometallici si comportano come carbanioni nbuli 2 P( 6 5 ) 3 P( 6 5 ) 3 P( 6 5 ) 3 2 S( 3 ) 2 nbuli S( 3 ) 2 S( 3 2 ) 2 2

3 arbanioni himica rganica II La presenza di gruppi carbonilici aumenta l acidità dei legami - in posizione α Et LDA pk a = 20 enolato pk a = 24 Et Et Et Et Et Et Et Et Et Et pk a = 13 3 Et Et 3 Et pk a = 11 3

4 himica rganica II eazioni di sostituzione nucleofila: carbanioni ianuri, acetiluri ed enolati degli esteri acetoacetici e malonico reagiscono con facilità con alogenuri organici per fornire i corrispondenti derivati alchilati. Di grande utilità sintetica sono le reazioni dell estere acetoacetico e dell estere malonico. NaN 2 l Et Et Et Et l Et Et Et +, 2 calore 3 Et 3 4

5 himica rganica II eazioni di sostituzione nucleofila: enolati Gli enolati delle aldeidi tendono a polimerizzare (condensazione aldolica), mentre quelli dei chetoni danno reazioni scarsamente controllabili. ( 6 5 ) 3 K 3 I 9% 41% 21% 6% La reazione può essere utile se vi è un solo protone sostituibile, oppure con enolati di esteri e cianuri Et Et Et LDA 3 I Et Et Et 5

6 eazioni di sostituzione nucleofila: Grignard himica rganica II Il carattere carbanionico dei reagenti di Grignard è limitato, per questo motivo essi non reagiscono normalmente con alogenuri alchilici, a meno che questi non siano particolarmente reattivi. 2 l 3 2 MgBr MgBrl Br Br MgBr Br Una reazione correlata, che avviene attraverso la formazione di composti organometallici di rame, è l accoppiamento di Ullmann. N 2 N 2 2 l u 2 N 6

7 eazioni di addizione al gruppo carbonilico: Grignard I reagenti di Grignard e altri composti organometallici (in particolare di litio) si addizionano a gruppi carbonilici. 3 2 MgBr δ+ 3 2 MgBr δ- himica rganica II MgBr MgBr N N

8 eazioni di addizione al gruppo carbonilico: Wittig himica rganica II Anche le ilidi di fosforo e di zolfo sono formalmente dei carbocationi. In seguito all attacco al carbonile si forma un intermedio ciclico (oxafosfoetano) che decompone formando un alchene. La grande stabilità del legame P= spinge la reazione. 3 I P( 6 5 ) 3 3 P( 6 5 ) 3 I nbuli 2 P( 6 5 ) 3 fosforano P( 6 5 ) 3 2 P( 6 5 ) 3 2 P( 6 5 ) 3 ilide 2 2 8

9 himica rganica II eazione di Wittig: alcheni terminali 3 MgBr 2 S P( 5 6 ) 3 2 ( 6 5 ) 3 P 9

10 himica rganica II eazioni di Wittig: stereoselettività Nel caso di ilidi stabilizzate si forma lo steroisomero E, nel caso di ilidi non stabilizzate l isomero Z. ontrollo cinetico ontrollo termodinamico 10

11 himica rganica II Ilidi di zolfo: epossidi Le ilidi di zolfo consentono l introduzione di un atomo di carbonio con contemporanea formazione di un epossido. 3 I S( 3 ) 2 3 S( 3 ) 2 I nbuli 2 S( 3 ) 2 2 S( 3 ) 2 2 S( 3 ) 2 2 S( 3 )

12 himica rganica II eazioni di addizione al gruppo carbonilico: olefinazione di Julia S 2 Solo E E1cB 12

13 himica rganica II eazioni di addizione al gruppo carbonilico: condensazione aldolica L anione enolato può attaccare il gruppo carbonilico. Le condensazioni aldoliche sono di grande utilità nella preparazione di composti carbonilici α,β insaturi La condensazione mista può portare alla formazione di una miscela di quattro prodotti, ma può essere utilizzata in pratica se si condensa un aldeide priva di protoni in α con un chetone

14 ondensazione aldolica himica rganica II Le condensazioni aldoliche possono avvenire anche con catalisi acida. Il prodotto è direttamente il composto α,β insaturo enolo 3 aldeide protonata

15 ondensazione aldolica dei chetoni himica rganica II Nel caso di chetoni, la condenzazione base-catalizzata è spostata verso i reagenti, mentre si può fare la condensazione acido catalizzata

16 himica rganica II atalisi acida vs catalisi basica atalisi basica atalisi acida G oordinata di reazione 16

17 himica rganica II omposti carbonilici α,β insaturi I composti carbonilici α,β insaturi sono intermedi sintetici di grande utilità: NaB , Pd Nu Nu

18 ondensazione di esteri himica rganica II Una reazione simile alla condensazione aldolica è la condensazione di esteri con formazione di β-chetoesteri. 3 Et Et 2 Et 3 Et 3 2 Et Et 3 Et Et 3 2 Et 18

19 himica rganica II eazioni di addizione al gruppo carbonilico La reazione può essere effettuata con due esteri diversi se uno dei due non ha idrogeni in α. Se si utilizza il dietilossalato si ottengono α-chetoacidi dopo decarbossilazione. 2 Et Et Et Et Et Et +,

20 himica rganica II Decarbossilazione Acidi carbossilici che possiedono un legame multiplo in posizione β perdono con facilità 2 a temperature inferiori a 200. Br 2 Br 20

21 himica rganica II Decarbossilazione La reazione avviene su β chetoacidi, β diacidi, acidi sotituiti in α con gruppi N 2 o N, con acidi β,γ insaturi

22 himica rganica II Decarbossilazione Accoppiata con le reazioni dei carboanioni, la decarbossilazione consente di preparare acidi carbossilici e chetoni. Et Et Et Et l Et Et Et +, 2 calore 3 Et (A partire dall acetato di etile) 3 22

23 Addizione a doppi legami attivati (composti carbonilici α,β insaturi ) himica rganica II Un gruppo carbonilico e un doppio legame carbonio carbonio coniugati si comportano come un unico gruppo funzionale: il legame doppio diventa elettrofilo Br 2 Br Br L addizione elettrofila è più lenta che in normali alcheni Z Z Z Addizione (controllo cinetico) oppure Z Addizione coniugata (controllo termodinamico) 23

24 himica rganica II Addizione coniugata atalisi basica atalisi acida ZI Z + Z Z Z Z Z Z 24

25 himica rganica II Addizione coniugata di carbanioni: addizione di Michael

26 Addizione a doppi legami attivati: reazione di Michael himica rganica II Donatori Accettori Et Et 2 Et Meno reattivo è il carbonile, maggiore la resa di addizione coniugata N 3 Et Et 3 N N 3 26

27 Sintesi di legami - con catalizzatori metallici himica rganica II MgBr l N 2 2 N 2 l u N 2 2 N 27

28 Sintesi di legami - con catalizzatori metallici oupling di Suzuki - Miyuara Pd(Ac) 2 B X ' fosfina, K 3 P 4 ' himica rganica II oupling di Stille Pd(Ac) 2 Sn(') 3 X '' fosfina ' oupling di Sonogashira X Pd(l) 2 (MeN) 2 fosfina, s