M: M +. + e. La risoluzione di un buon spettrometro di massa è 1 amu (atomic mass number) su10 4 amu.

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1 PIIPI DLLA SPTTMTIA DI MASSA A differenza delle altre tecniche analitiche (I, UVvis, M) in cui il campione rimane intatto dopo l analisi, la spettrometria di massa, che forma ed utilizza ioni invece di molecole, è un metodo di analisi distruttivo. In uno spettrometro di massa usato per analisi organica, di solito abbiamo a che fare con l analisi di ioni positivi derivati da molecole. La ionizzazione semplice di una molecola si rappresenta con l equazione: M: M. e Lo ione M. si chiama ione molecolare. La massa (m) e la carica (z) dello ione vengono misurate dallo spettrometro di massa e quello che è importante è il loro rapporto. Spesso si formano ioni con una sola carica positiva è quindi il rapporto è uguale alla massa dello ione che, a sua volta, è legata alla massa della molecola (dato che l elettrone ha una massa piccolissima, 5.49 x 10 4 rispetto alla massa di un protone). La risoluzione di un buon spettrometro di massa è 1 amu (atomic mass number) su10 4 amu. Lo ione molecolare ha una configurazione elettronica con un numero dispari di elettroni. Frammentazione Se stiamo formando uno ione molecolare con una carica positiva, significa che dobbiamo raggiungere il potenziale di ionizzazione della molecola. Questo valore dipende dalla natura dell M, dato che è da questo orbitale molecolare che l elettrone sarà rimosso. I primi potenziali di ionizzazione della maggior parte delle molecole organiche cadono nell intervallo 815 ev Il processo di ionizzazione spesso usa energie molto maggiori di quella necessaria per la ionizzazione. Questo eccesso di energia può essere trasferito allo ione molecolare quando si forma, sotto forma di energia rotazionale, vibrazionale o elettronica. Le ultime due sono le più importanti per la spettrometria di massa, perché la frammentazione di questi stati eccitati produce un nuovo ione ed una particella neutra. 1

2 Lo ione molecolare può seguire due percorsi di frammentazione: M. A. M. B. el primo caso si ha la frammentazione a un catione con numero pari di elettroni ed una specie neutra con un elettrone dispari. el secondo caso si ha frammentazione a uno ione con numero dispari di elettroni ed una specie neutra con numero pari di elettroni. In questo caso la specie neutra può essere una molecola stabile Prendiamo una molecola semplice come 6 e consideriamo possibili percorsi di frammentazione dello ione molecolare che comportino solo scissione del legame, ma con formazione di un atomo neutro, di un radicale neutro e di una molecola neutra..... La frammentazione non si ferma qui, perché gli ioni frammento possono a loro volta frammentarsi, subendo anch essi perdita di specie neutre con numero pari o dispari di elettroni. step Ia M. step Ib A 1. B. step IIa step IIb D 4. Tutte queste frammentazioni formano un insieme di ioni che a loro volta danno luogo allo spettro di massa del composto in questione. La conoscenza dei percorsi tipici di frammentazione permette la ricostruzione di un andamento di frammentazione (fragmentation pattern) caratteristico.

3 Il cammino di frammentazione dipende da quattro fattori principali: la forza dei legami che si devono rompere la stabilità dei prodotti di frammentazione, sia ioni che specie neutre le energie interne degli ioni che si frammentano l intervallo di tempo tra la formazione degli ioni e la loro rivelazione. L SPTT DI MASSA SMPLI Analizziamo uno spettro di massa semplice. Un modo comune di mostrare uno spettro di massa è quello di una traccia che si può ottenere direttamente dal registratore della maggior parte degli spettrometri. onsideriamo il metanolo:, Peso Molecolare = i si aspetta che il valore più grande m/z sia. Invece, osservando bene lo spettro, si osserva un segnale di intensità piccola (abbondanza relativa bassa), a M 1. isotopi Attorno ai picchi grandi ci possono essere picchi di abbondanza relativa bassa. Per esempio, una piccola parte di molecole di metanolo avrà 1 (1.08% di abbondanza naturale) invece di 1 e qualche atomo di idrogeno sarà (D) (0.015%) invece di 1. due tracce dello spettro di massa del metanolo, una registrata con una sensibilità dieci volte maggiore dell altra. Questo permette di vedere anche i picchi meno abbondanti. m/z attribuzione Lo ione con m/z è lo ione molecolare: a parte un picolissimo picco a m/z, è lo ione di massa più elevata nello spettro Il picco più intenso viene chiamato picco base dello spettro. Ad esso si assegna l abbondanza relativa 100%: le abbondanze relative degli altri picchi si misurano rispetto a questo.

4 La frammentazione sarà tanto più facile quanto più stabile è il catione che si forma. Se sono possibili più frammentazioni che formano cationi di stabilità analoga, sarà preferita la frammentazione che dà il radicale più stabile. e e.. m/z = 7. m/z = 57 m/z = 4 e. m/z = 57 e. m/z = 4 m/z = 7. 4

5 M 9 M 15 M M 9 M 15 M ALLI aratteristica strutturale degli alcooli legato a sp aratteristiche Spettrali Spettrometria di massa Lo ione molecolare ha intensità piuttosto bassa per gli alcooli primari e secondari, è di solito assente negli spettri degli alcooli terziari La frammentazione più importante avviene tra il α all ed il β (carbocatione stabile) '' '.. '' ' '' ' Il gruppo alchilico più grande viene perso più facilmente (radicale più stabile). 5

6 1esanolo, P.M M esanolo, P.M. 10 M 4 9 M M M 7 metilpentanolo P.M. 10 M 6

7 I UVvisibile stretching Solo legami σ: le transizioni n σ* richiedono λ = nm (lontano UV): fuori dal comune intervallo picco stretto, cm 1 ( libero) picco largo, cm 1 ( in legame ) stretching cm 1 egli spettri di film liquido si vede solo la banda dell impegnato in legame idrogeno; in soluzione si vedono entrambe. (liquido puro) (in l 4 ) 1esanolo in l 4 1esanolo film liquido 7

8 1 M 1 M L effetto I dell diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 : deschermato L effetto I dell diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 : deschermato a.5δ Il nucleo 1 dell può risuonare in un intervallo ampio di chemical shift, tra 0.5 e 5.0 δ; la posizione dipende da vari fattori (concentrazione, temperatura, solvente, legame idrogeno, ecc.) L dell è sufficientemente acido ( mobile) per dare equilibrio acidobase veloce rispetto al tempo di risposta dell M Questo significa che, di solito, l non si ferma sull abbastanza a lungo per influenzare il campo magnetico di un su un adiacente, né per esserne influenzato. l dell è un singoletto, un po allargato, a meno di rallentare lo scambio, per esempio abbassando la temperatura, eliminando le impurezze acide, usando soluzioni diluite. es.: metanolo

9 Se si vuole confermare che un segnale nello spettro 1 M sia dovuto a, si aggiunge alla soluzione qualche goccia di D D D D D Il protone mobile scambia con D ed il segnale diminuisce o scompare del tutto esempio: 1propanolo A B B A A B.... BAS a alcossido d c.... b a AID a,d ossidazione aldeidi e chetoni b b,c X alcheni 9

10 ottura del legame SSTITUZI ULFILA LIMIAZI S 4 Δ è un cattivo gruppo uscente: può essere trasformato in un buon gruppo uscente per protonazione reazioni in ambiente acido.... u: buon gruppo uscente u u: = I,, l, F esempi: ( ) I ( ) l ( ) I ( ) l A parità di alcool, la reattività dipende dalla forza dell'acido F l I pk a forza acida crescente reattività crescente verso gli alcooli A parità di acido, la reattività dipende dal tipo dell'alcool metile < primario < secondario < terziario reattività crescente degli alcooli con X Su questa diversa reattività si basa il saggio di riconoscimento degli alcooli (saggio di Lucas) 5 alcool terziario ( ) l ( ) l 10

11 alcool secondario ( ) l Znl ( ) l Znl alcool primario l l Δ Il cloruro che si forma è immiscibile con la fase acquosa e si deposita sul fondo (ha densità maggiore dell'acqua). on S 4 stesso ordine di reattività S 4 terziario ( ) 60 S 4 secondario ( ) 100 S 4 primario 180 on S 4 si riesce ad isolare il prodotto di sostituzione solo a temperatura molto bassa S 4 S 4, nucleofilo debole S 4 S ottimo gruppo uscente Meccanismo: veloce lento S 4 veloce 11

12 rientamento: S 4 prevalente S 4 Saytzeff unico prodotto ome sempre, quando si formano carbocationi, c è possibilità di trasposizione S 4 95 Se con S 4 si trattano 1,dioli:,dimetil,butandiolo (pinacolo),dimetilbutanone (pinacolone) TASPSIZI PIALIA : 1

13 Può migrare anche un : : Se i sostituenti del diolo sono diversi: viene protonato l' più basico migra il gruppo che lascia il carbocatione più stabile MAISM della SSTITUZI degli alcooli in ambiente acido Sostituzione di S 1 o S? con metanolo ed alcooli primari S X δ X δ X stato di transizione con alcooli secondari e terziari S 1 X X 1

14 però.. La sostituzione dell' può avvenire anche in ambiente non acido Il gruppo può essere sostituito SL DP TASFMAZI I U BU GUPP UST Gli alcooli si possono trasformare in alogenuri alchilici usando cloruri di P e S Pl Pl 5 Sl tricloruro di fosforo pentacloruro di fosforo cloruro di tionile Pl l P Pl 5 l Pl l Sl l S l Questi composti trasformano l in un buon gruppo uscente, che viene sostituito con un meccanismo S (e quindi gli alcooli terziari non reagiscono) P e S hanno un buon gruppo uscente (l), che viene sostituito dall alcool ( nucleofilo) on Pl l Pl 4 l Pl 4 l Pl 4 buon gruppo uscente buon gruppo uscente l Pl 4 Pl l on Sl l S l l S l buon gruppo uscente l S l buon gruppo uscente l S l 14

15 on Pl l Pl l l Pl Pl buon gruppo uscente l P l l P l l buon gruppo uscente P l l P l P l buon gruppo uscente P ADAMT STIMI 1. on Pl l P l l (S)butanolo P l l l P l clorofosfito di (S)butile essuno dei legami del * è stato interessato dalla reazione. l P l l S l ()clorobutano Pl Inversione di configurazione analogamente con Pl 5 15

16 on Sl L andamento stereochimico dipende dalle condizioni di reazione 1. S l l S l (S)butanolo S l l clorosolfito di (S)butile In presenza di base (ammina terziaria): : l l u. S l l S l S l ()clorobutano Inversione di configurazione In assenza di base, nel solvente poco polare (dietil etere) l è indissociato manca il nucleofilo forte gabbia del solvente. S l S i l S l coppia ionica (S)clorobutano S i: il nucleofilo entra dalla stessa parte: ritenzione della configurazione 16

17 ALT AZII DGLI ALLI ALLI M AIDI Per avere formazione completa di alcossido: a a 1/ AZII GLI AIDI Formazione di esteri a) Acidi carbossilici b) Acidi inorganici 17

18 Meccanismo: 1. formazione di (reazione acidobase) ione ITI (elettrofilo). reazione di :.. nitrato di metile S S solfato acido di metile S S solfato dimetilico 0 S S S 4 Δ alcheni c) Acidi solfonici S acido ptoluensolfonico S ptoluensolfonato di (tosilato) Per avere completamente il solfonato, l alcool si fa reagire con il cloruro di pmetil benzensolfonile l S S S l tosilato di Ts Formare il tosilato è un altro modo di trasformare l in un buon gruppo uscente l S Ts l Ts.. S Ts Ts 18

19 AZII DI SSIDAZI ssidazione biologica dell'etanolo alcool deidrogenasi [] SoA SoA acetilcoenzima A trigliceridi, ecc. ssidazione chimica alcool 1 o [ ] [] alcool o [ ] [] X alcool o [ ] X ossidanti tipici KMn 4, r 4 conc. a r 4 K r 7 ATTZI! [] Gli alcooli terziari non vengono ossidati; però alcuni ossidanti sono acidi e come tali possono reagire con gli alcooli terziari SSUA AZI alchene prodotti di ossidazione dell'alchene Meccanismo (semplificato) r 4.. r(vi) r r r(iv) SMPI KMn 4,, tampone basico 7% 19

20 ( ) 5 ( ) 5 75% Per ossidare gli alcooli primari ad aldeide è necessario usare reagenti speciali, particolarmente blandi (mild) in condizioni controllate. eattivo di Jones K r 7, S 4 diluito, ( ) = eccesso di reattivo eattivo di ollins r. ( ) 5 ( ) 5 clorocromato di piridinio (P). r. l etil1esanolo etilesanale 87% ssidazione dei DILI reagente caratteristico I 4 acido periodico scissione I perché la reazione avvenga è necessario che i due siano su adiacenti 0

21 La scissione del legame avviene anche se sono adiacenti un ed un = I 4 I La scissione del legame non avviene se sono adiacenti un ed una funzione I 4 nessuna reazione I 4 nessuna reazione I 4 nessuna reazione Se ci sono più di due su adiacenti, TUTTI i legami si rompono I 4 Meccanismo:.... I I I 1

22 TI aratteristica strutturale degli eteri aratteristiche Spettrali Spettrometria di massa La frammentazione più importante avviene tra il α all ed il β (carbocatione stabile).. ' M 7 diisopropil etere, P.M. 10 M UVvisibile Solo legami σ: le transizioni n σ* richiedono λ = nm (lontano UV): fuori dal comune intervallo I stretching cm 1

23 dipropil etere 1 M 1 M L effetto I dell diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 : deschermato L effetto I dell diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 : deschermato a.5δ A B B A A B

24 P ATTIVI USATI SPSS M SLVTI.. '.. Fra gli eteri, quelli più usati come solvente, oltre al dietil etere, sono quelli ciclici ossaciclopentano (tetraidrofurano) 1,4diossacicloesano (diossano) Danno reazione solo con I, a caldo.... ' I.. I Δ 'I I ' ' reazione acidobase sostituzione nucleofila esempio: I Δ I I se c'è un eccesso di I e si lascia il tempo, anche gli alcooli reagiscono con I I I I = = però I Δ I Viene attaccato da I SL il sp ecc. legame (aromatico più forte di (alifatico) Gli eteri ciclici con anelli tesi sono più reattivi perché, con l'apertura dell'anello, hanno sollievo dalla tensione d'anello SSAILBUTAI reagiscono anche con, a caldo APTUA DLL'ALL 4

25 Δ meccanismo: SSAILPPAI MLT ATTIVI APTUA DLL'ALL a) con ULFILI FTI S u: u u esempio: :S S S Se l'ossaciclopropano è sostituito, la reazione ha un orientamento dovuto al meccanismo (S ) GISPIFIITA' GISLTTIVITA' Di due "regioni" del substrato possibili e simili una sola viene attaccata Di due "regioni" del substrato possibili e simili una viene attaccata di preferenza S S eazione regiospecifica; reazione stereospecifica S : più reattivo meno sostituito S : attacco di u da parte opposta al gruppo uscente 5

26 b) in assenza di ULFILI FTI Bisogna rendere un miglior gruppo uscente apertura dell'anello acidocatalizzata :.. Il processo è S 1, ma non si forma un vero carbocatione, per l'interazione con il doppietto elettronico dell'ossigeno S δ δ δ δ parziale carbocatione primario parziale carbocatione secondario (se ne forma di più) δ δ δ δ.. S prodotto principale prodotto secondario eazione regioselettiva; reazione stereospecifica Si forma più (ma non solo) parziale carbocatione secondario PLITI ILII (TI A) attacco di u da parte opposta al gruppo uscente 18orona6 18rown6 6

27 7 K 1rown4 15rown5 IPTAD catione n complesso IPTAT n

28 AMMI aratteristica strutturale delle ammine : aratteristiche Spettrali Spettrometria di massa Lo ione molecolare è quasi sempre presente La frammentazione più importante avviene tra il α all ed il β (carbocatione stabile) '' '.. '' ' Per le ammine vale la regola dell azoto '' ' La regola dell azoto una regola universale che riguarda sia gli ioni molecolari che i frammenti con una singola carica. tutti gli ioni con numero dispari di elettroni hanno valori m/z pari, tranne quando contengono un numero dispari di atomi di azoto Questa regola viene dal fatto che l azoto ha massa atomica pari e valenza dispari. 0 ( = ) 1butanammina, P.M. 7 M 1

29 dietilammina, P.M. 7 M M UVvisibile Solo legami σ: le transizioni n σ* richiedono λ = nm (lontano UV): fuori dal comune intervallo I stretching cm 1 DU bande per le ammine primarie; una banda per le ammine secondarie (debole se alifatiche, forte se aromatiche). Le amine terziarie non hanno assorbimento bending nelle ammine primarie, banda larga cm 1 nelle ammine secondarie verso 1500 cm 1 stretching cm 1 1butanammina

30 %T butanammina cm 1 dietilammina 1 M L effetto I dell diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 : deschermato 1butanammina A B D A B D 1 M L effetto I dell diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 : deschermato a.5 δ Anche l sull è mobile: scambia abbastanza rapidamente da non dare accoppiamento con nuclei adiacenti

31 terzbutilammina : atomo basico, atomo nucleofilo cattivo gruppo uscente, anche in seguito a protonazione SSUA AZI 1. come atomo basico o nucleofilo con acidi con come elettrofilo SL con ammine terziarie ( ) ( ).. 98% 4

32 invece di si possono usare peracidi : con alogenuri alchilici La reazione dà miscele di prodotti, perché anche il prodotto della sostituzione è nucleofilo Quando l alchilazione dell ammina si esegue fino al sale di ammonio si parla di MTILAZI SAUIT con acido nitroso La reazione con è la reazione più caratteristica delle ammine, che permette di distinguere tra ammine primarie, secondarie e terziarie. Fatti sperimentali: ammine primarie alcooli, alcheni, sviluppo di gas ammine secondarie nitrosammina precipitato giallo ammine terziarie SSUA AZI L'acido nitroso si genera in situ a l al 5

33 MAISM catione nitrosonio ammine primarie.. alcool alchene i sali di diazonio si possono isolare solo con le ammine aromatiche a 0 5 isolabile ammine secondarie.. ammine terziarie : i sali di ammonio quaternari possono essere usati come catalizzatori di trasferimento di fase l a SSUA AZI (neanche a caldo) solubile in solvente idrocarburico (solvente non polare) solubile in acqua 6

34 4 se contiene almeno 4 atomi di, è solubile sia in acqua (per l' positivo) che in solventi non polari (per ) 4 l a 4 a l porta in fase organica il reagente nucleofilo 4 ' l 4 l ' 4 a l a 4 l pessimo gruppo uscente Metilazione esauriente Degradazione di ofmann eazione utilizzata per la determinazione della struttura di ammine sempi:.. I I I metilazione esauriente I Ag β AgI : βeliminazione Δ : 7

35 I I Ag I AgI : β Δ I I Ag AgI β Δ.. 1) I ) Ag Δ 1) I Δ ) Ag 1) I Δ ) Ag 8

36 Applicazione: sintesi del cicloottatetraene (Wilstätter) a, omposto naturale estratto dalla corteccia del melograno I Ag / Δ I 96% Ag / Δ S 4 84% 84% 90% I ( ) I 94,5% I I 97,5% 7% I non isolato Ag / Δ ( ) AgI esa complessiva: % ( ) 68% (per i due passaggi) 100% Gli ossidi delle ammine terziarie danno βeliminazione liminazione di ope ( ) ' [] ( ) ' ([] = reagente ossidante, per esempio ) meccanismo:.. :.. ( ) ' δ δ ( ) ' ' ( ) reazione stereospecifica eliminazione sin 9

37 ALI ILALI AATTISTIA FUZIAL: legame π aratteristiche Spettrali Spettrometria di massa Una frammentazione importante dà un valore m/z = 41, che corrisponde al carbocatione allilico.. UVvisibile Un solo legami π: le transizioni π π* richiede λ = 190 nm (lontano UV): fuori dal comune intervallo. Però è una transizione permessa dalla simmetria (ε= per l etene) I stretching = a sinistra di 000 cm 1 stretching = cm 1 bending = (fuori dal piano) cm 1 = = = = metil1butene Se lo stretching del doppio legame = non modifica il momento di dipolo, non si ha assorbimento 1

38 1pentene cispentene transpentene 1 M L anisotropia diamagnetica descherma il nucleo 1pentene 1

39 1 M L anisotropia diamagnetica descherma il nucleo Spesso gli spettri non sono del primo ordine 1pentene vinilici { pentene vinilici { ALI AATTISTIA FUZIAL: legame π Più debole del legame σ, è il punto debole degli alcheni. la rottura del legame π porta a due valenze libere sui due atomi di, che vanno soddisfatte. ADDIZI la nuvola elettronica del legame π ATTIA reagenti poveri di elettroni, SPIG reagenti ricchi di elettroni. ADDIZI LTTFILA

40 I reagenti elettrofili possono venire da una molecola di tipo XY o da una molecola di tipo XX δ δ X Y l,, I;, ; Il; l, (, ); B l,, I;, = B = atomo di B (orbitale vuoto) δ δ I l = I l l l l = l = δ δ X Y MAISM 1. lento X X X Processo in due stadi δ X δ. X Y X δ Y X Y Y δ X X Y coordinata di reazione 4

41 ATTIVITA I fattori che stabilizzano il carbocatione: abbassano l'energia dello stato di transizione diminuiscono l'energia di attivazione FAVIS LA AZI ' PIU' ATTIV L'AL che dà il ABATI PIU STABIL ITAMT Se da un alchene si possono formare due carbocationi di diversa stabilità, si forma SL IL ABATI PIU' STABIL (orientamento secondo Markownikov) AZI GISPIFIA SMPI con l l equazione l cloropropano meccanismo: l lento.. :l:.. l con equazione meccanismo: bromometilpropano.. :: lento.. 5

42 con I equazione I I iodometilpropano meccanismo:.. : I : lento.. I con, equazione metilpentanolo meccanismo: lento.... con Ιl equazione l I l I meccanismo:.. lento :l: l.. I l I I con l, equazione l l 1cloropropanolo meccanismo: l l l.... lento l l l l 6

43 con B IDBAZI equazione B ( ) B B ottetto incompleto B 6 diborano B B B B orbitale vuoto B 6 B B l atomo di B è meccanismo: = B.... B complesso tra alchene e borano δ B δ /= δ /= B δ B anche gli altri legami B reagiscono allo stesso modo La reazione avviene in un unico stadio B eazione GISPIFIA Anche se non si forma un intermedio carbocationico, lo stato di transizione ha un carattere di parziale carbocatione (sul dove è più stabile) B coordinata di reazione 7

44 I trialchilborani sono utili non come tali, ma perché il B viene sostituito facilmente da un gruppo B ( ) B, In questo modo è possibile ottenere da un alchene un alcool isomero rispetto a quello della reazione con,. : propanolo B B 1propanolo MUIAZISLVDMUIAZI g( ) in solvente polare protico (,, ) g( ) g g lento g oppure g carbocatione ione mercurinio g Solv g Solv g Solv 8

45 ITAMT si forma il (parziale) carbocatione più stabile : I composti mercurati si trasformano in composti organici per trattamento con idruro di boro e sodio (ab 4 ) in ambiente basico g Solv DMUIAZI IDUTTIVA Solv g precipita come mercurio metallico (grigio) Solv = mercuriazione g( ) demercuriazione g g g alcool rispetto all'addizione di acqua acidocatalizzata, questo metodo ha il vantaggio di non passare attraverso un carbocatione libero e quindi di non correre il rischio della trasposizione. Solv = mercuriazione g( ) demercuriazione esempi: g g g g( ) g etere 1acetossimercuriometossipropano 9

46 ab 4 g isopropil metil etere g( ) g g acetossimercurioetossipentano acetossimercurioetossipentano etossipentano ab 4 g etossipentano Solv = () mercuriazione g( ) demercuriazione g g g estere acetato di isopropile 10

47 eazione con alogeni (, l ) Il legame (e ll) è covalente, con gli elettroni tra due atomi con la stessa elettronegatività (legame non polare). Il legame (e ll) può essere polarizzato per interazione donatoreaccettore con un legame π. La polarizzazione è favorita da solventi polari. dopo la polarizzazione SISSI TLITIA vuoto.. ().. : δ.. δ ione BMI ione bromuro.. () complesso π δ δ lento δ δ δ δ AZI STSPIFIA π coordinata di reazione 11

48 ADAMT STIMI δ δ π δ δ # partendo da un isomero geometrico: δ δ π δ δ # (A) (B) (A) (B) = = (A) (A) = S = treo (A) S (A) treo on l l l, più piccolo di, sovrappone meno bene l'orbitale pieno con l'orbitale vuoto del e quindi non forma un vero legame, ma dà solo un'interazione accettoredonatore l δ l δ π l δ l δ # l l : : l l 1

49 l l l l l l prevalente minore quantità AZI STSLTTIVA AZI con in condizioni radicaliche Fatto sperimentale: l'addizione di agli alcheni dà il regioisomero diverso da quello atteso (orientamento antimarkownikov) meccanismo: Δ... Vladimir Vasilevich Markonikov lento.. continuala reazione a catena AZI GISPIFIA Si forma il radicale più stabile.... rientamento antimarkownikov Quella con in presenza di perossidi è la SLA addizione radicalica degli alcheni. on o l e hν o riscaldamento, hn alchene dà il ADIAL PIU STABIL, che è quello in posizione ALLILIA!!!!! hν 1

50 IDUZI catalizzatore catalizzatore Pt, Pd, i superficie del catalizzatore insormontabile senza catalizzatore superabile con il catalizzatore enegia di attivazione abbassata coordinata di reazione AZI STSPIFIA Pt enantiomeri cis 14

51 D D D = meso Pd D D D Pd D D (,) D (S,S) D In soluzione (catalisi omogenea) si riesce ad avere reazione stereospecifica con catalizzatori che hanno un legante chirale: rodio.dip.l (S)()DPA enzimi cerebrali dopammina cura del morbo di Parkinson (neurotrasmettitore) SSIDAZI DGLI ALI senza scissione del legame [] oppure con scissione del legame [] oppure oppure AGT ssidazione senza scissione KMn 4, s 4 e poi a S ssidazione con scissione KMn 4,, Δ e poi, e poi Zn, PDTT 1,Dioli 1,Dioli ssaciclopropani Acidi e/o hetoni Acidi e/o hetoni Aldeidi e/o hetoni 15

52 on KMn 4, KMn 4 5 Mn AZI STSPIFIA Mn Mn Mn Mn δ Mn δ δ = = = (S,S) = Mn Mn (,) on s 4 s 4 5 AZI STSPIFIA s δ s δ δ s a S s a S s (riducente) s 16

53 = = (,S) meso s s = (,S) meso on peracidi meccanismo: acido peracetico acido performico (permetanoico) l acido mcloroperbenzoico 17

54 con scissione del legame KMn 4,, a caldo KMn 4, Δ [] [] [] con gli alcheni terminali si forma KMn 4, Δ ' [] ' acido metanoico [] acido carbonico.. Z ( ).. :.. :.. : 1,,triossaciclopentano (4,4,5trimetil) meccanismo probabile: δ δ 1,,4triossaciclopentano (,,5trimetil) Instabile, non si isola 18

55 TATTAMT IDUTTIV ad aldeide Zn, ad a chetone TATTAMT SSIDATIV ad acido carbossilico ad a chetone Addizione di carbeni Molecole contenenti un BIVALT sono rare in himica rganica. Si chiaano ABI e possono essere di due tipi, a seconda della configurazione elettronica orbitale sp pieno orbitale p vuoto metilene singoletto : ( sp ) orbitale p (un e). orbitale p (un e) metilene tripletto.. ( sp) 19

56 Si formano per decomposizione fotochimica del diazometano: : hν : : diazometano Il metilene attacca un legame π =, sia come singoletto che come tripletto con metilene singoletto con metilene tripletto : cis.. cis. cis. possibilità di rotazione AZI STSPIFIA cis trans arbeni sostituiti con alogeni sono più stabili e si preparano più facilmente :l diclorocarbene ( ) l l ( ) l : l l :l l eazione di SimmonsSmith sempio: :l l l I Zn(u) ( 5 ) I ZnI carbenoide sempio: I Zn(u) ( 5 ) 0

57 ALII AATTISTIA FUZIAL: legame π aratteristiche Spettrali Spettrometria di massa Una frammentazione importante dà un valore m/z = 9, che corrisponde al carbocatione propargilico.. 1ottino 4ottino M I stretching = a circa 00 cm 1 stretching circa 150 cm 1 manca negli alchini simmetricamente disostituiti 1ottino 1

58 ottino 4ottino 1 M L anisotropia diamagnetica scherma il nucleo sp δ 7090 ppm 4ottino 1ottino

59 1 M L anisotropia diamagnetica scherma il nucleo δ ppm Danno le stesse reazioni degli alcheni (legame π), con lo stesso meccanismo L'addizione del primo equivalente lascia ancora un legame π, che perciò può dare ulteriore addizione X X Y X Y Y X Y il prodotto della reazione dipende perciò dal numero di equivalenti del reagente elettrofilo esempi: l l trans AZI STSPIFIA

60 con (addizione elettrofila).. ::.. (carbocatione più stabile) (carbocatione più stabile).. ::.. con (addizione radicalica) Δ..... (radicale più stabile). continua la catena... (radicale più stabile) continua la catena con, meccanismo: servono anche sali di g come catalizzatori g : carbocatione più stabile 4

61 enolo TAUTMIA ssidazione con KMn anche a temperatura ambiente si ha 4 scissione del legame KMn 4 ' ', 5 ' IDUZI Pt La riduzione catalitica arriva ad ALA, se non si usano catalizzatori speciali Pt Per fermarsi ad alchene è necessario che il catalizzatore sia meno attivo Pd "avvelenato" disattivato cis AZI STSPIFIA Per ridurre alchini interni ad alcheni trans a trans con a (K, Li ) in liquida AZI STSPIFIA 5

62 ATTZI!! GLI ALII TMIALI DA GLI ALIUI a : a 1/ meccanismo: a a... anione radicale a... a radicale vinilico. a a a.. a trans... anione vinilico L'andamento stereochimico viene spiegato con la maggiore stabilità del radicale vinilico con i gruppi in trans, rispetto a quello con i gruppi in cis (repulsione per ingombro sterico).. AIDITA' del legame sp. I sali degli alchini terminali (alchinuri) si possono ottenere, oltre che con a, con idrossidi di metalli di transizione Ag( ) Ag "Ag " legame covalente polare u( ) u "u " legame covalente polare 6

63 DII AATTISTIA FUZIAL: legame π aratteristiche Spettrali UVvisibile Analoghe a quelle dgli alcheni La coniugazione abbassa la differenza di energia MLUM (shift batocromico) A B metil1,4pentadiene = = ppm 11.1 ppm 7

64 1,4esadiene sp vinilici { { Stesse reazioni degli alcheni; il prodotto dipende dal numero di equivalenti del reagente (elettrofilo) l l l l l DII IUGATI Anche con un solo equivalente si ottengono più prodotti: l l addizione addizione 1, 1,4 a bassa temperatura prevale addizione 1, a temperatura elevata prevale addizione 1,4 l 8

65 addizione 1, unico carbocatione DU siti positivi l l δ # δ δ # δ l addizione 1,4 1, a l l 1,4 coordinata di reazione 1, controllo cinetico 1,4 controllo termodinamico eazione di DielsAlder π * LUM Δ M π 1 Addotto di DielsAlder nuovi legami σ diene dienofilo nuovo legame π 9

66 tto Paul ermann Diels Kurt Alder La geometria del dienofilo si mantiene nell addotto dienofilo cis addotto cis dienofilo trans addotto trans Se il diene ed il dienofilo sono sostituiti non simmetricamente, si ottengono due addotti 0

67 egola endo Quando il dienofilo contiene un legame π nel gruppo elettron attrattore, gli orbitali π in quel gruppo si avvicinano agli atomi centrali del diene. Questa sovrapposizione secondaria aiuta a stabilizzare lo stato di transizione della formazione dell addotto. Fenomeno osservato formando i prodotti biciclici dal ciclopentadiene eso eso endo endo e non e non Sovrapposizione secondaria = = == = = = == = 1

68 MPSTI AMATII L aromaticità è l aspetto strutturale determinante per le caratteristiche spettrali e di reattività di questi composti. aratteristiche Spettrali La maggior parte dei composti aromatici Spettrometria di massa presenta un picco dello ione molecolare molto intenso. Gli alchilbenzeni hanno una frammentazione molto facile con m/z 91. stato dimostrato che il carbocatione benzilico traspone a catione eptatrienilio... m/z 91 M (78) M m/z 91 (18)

69 UVvisibile Il benzene ha legami π coniugati Lo spettro di assorbimento elettronico è caratterizzato da due bande dette primarie e una banda detta secondaria o della struttura fine. λ = 184 nm (ε = ) λ = 0 nm (ε = 7 000) A struttura fine λ = 55 nm (ε = 0) È dovuta alle interazioni dei livelli elettronici con i modi vibrazionali nm I stretching = a sinistra di 000 cm 1 bending = (fuori dal piano) cm 1 stretching = spesso in coppia a 1600 e 1475 cm 1

70 1 M L anisotropia diamagnetica descherma il nucleo δ ppm 1 M L anisotropia diamagnetica descherma il nucleo δ 78 ppm

71 MPSTI AMATII I composti aromatici reagiscono MATD l aromaticità ADDIZI SSTITUZI possibili meccanismi? 1) meccanismo sincrono δ δ ) meccanismo in due stadi videnze sperimentali D La reazione è stata eseguita sul deuterobenzene D il legame D è piu forte del legame : D D D D k / k = 1 D significa che nello stadio lento non c'e rottura del legame 4

72 In alcuni casi si è riusciti ad isolare l'intermedio BF 4 SbF 6 MAISM I DU STADI MAISM DLLA SSTITUZI LTTFILA AMATIA primo stadio δ lento δ primo stato di transizione addotto sigma strutture di risonanza dell'intermedio secondo stadio veloce δ δ secondo stato di transizione nergia in funzione della coordinata di reazione: 1 ST ST 10.8 kcal/mole coordinata di reazione 5

73 Tutte le variazioni strutturali che abbassano l'energia dell'intermedio abbassano anche l'energia dello stato di transizione che porta all'addotto σ e quindi rendono più facile la reazione. SSTITUZII LTTFIL AMATI principali reazioni di Sostituzione lettrofila ITAZI S 4 SLFAZI S S 4 S ALGAZI X FeX X X (X = l) (X = ) l Fel l l FeBt clorurazione bromurazione ALILAZI X All X Alchilazione di Friedelrafts AILAZI X All X Acilazione di Friedelrafts Queste reazioni permettono di introdurre nel benzene gruppi funzionali diversi, ma avvengono con lo STSS MAISM. ' perciò importante capire quale è il reagente elettrofilo e come si forma. 6

74 itrazione S 4 S 4 catione ITI S 4 S = 4 S 4 S 4 = Solfonazione S S S S S S Alogenazione l l Fel Fel 4 "l " l l Fel 4 l l Fel Fe Fe 4 " " Fe 4 Fe 7

75 Alchilazione (di Friedelrafts) δ δ δ δ l All... l... All All 4 All " Acilazione (di Friedelrafts) l δ δ All All 4 : All All 4 All l All All si deve usare in quantità stechiometrica perché dà complesso di Lewis con il prodotto harles FIDL ( ) James Mason AFTS ( ) 8

76 Sostituzioni elettrofile aromatiche dei Benzeni SSTITUITI Tutte le posizioni del benzene sono equivalenti. Quando c'è un sostituente, le posizioni sono diverse: orto, meta e 1para se i prodotti si formassero solo su basi statistiche, si dovrebbe avere 40% di orto, 40% di meta e 0% di para a distribuzione dei prodotti osservata sperimentalmente non è MAI quella statistica questo significa che il sostituente presente sull'anello del benzene indirizza l'attacco dell'elettrofilo ITAMT per esempio: l l on è un effetto del sostituente sul substrato! ITAMT Stadio lento: formazione dell addotto σ: più stabile è l'addotto sigma, minore è l'energia dello stato di transizione che porta all'addotto. 1. Si scrivono tutti i possibili addotti e le rispettive strutture di risonanza.. Si esamina se c'è una struttura con la carica positiva sul che lega il sostituente.. Si guarda se il sostituente stabilizza (o destabilizza) la carica positiva. 9

77 benzene meta orto,para coordinata di reazione La reattività del benzene sostituito rispetto a quella del benzene dipende dall'energia di attivazione dello stadio lento e si vede dalla stabilità dell'addotto σ più stabile (del benzene sostituito) rispetto a quella dell'addottodel benzene. l l l l l l l l l l 10

78 orto,para l l meta benzene l l o coordinata di reazione 11

79 meta benzene orto,para o coordinata di reazione 1

80 orto,para meta benzene o coordinata di reazione l l l l l l l l l l l l 1

81 l meta orto,para benzene l l o l coordinata di reazione è specie a difetto elettronico reagisce meglio con centri II di elettroni ATTIVITA Si deve considerare la densità elettronica delle PSIZII ATTIV (orientamento) sempio: mettere i seguenti composti in ordine decrescente di reattività, nei confronti di un reagente elettrofilo l 1. Si individua la posizione (o le posizioni) di attacco, cioè l'orientamento (sulla base della stabilità degli addotti σ).. Si considera l'effetto del sostituente SU QULLA PSIZI.. Maggiore è la densità elettronica, maggiore è la reattività (a parità di elettrofilo). 14

82 Tutte le posizioni sono equivalenti. on ci sono sostituenti, la densità elettronica è quella di riferimento. rientamento in MTA. In questa posizione il gruppo esercita solo l'effetto induttivo. I attrazione elettronica Le posizioni reattive del nitrobenzene sono più povere di elettroni (e quindi M reattive) delle posizioni reattive del benzene rientamento in T PAA. In queste posizioni il gruppo esercita sia l'effetto induttivo che quello coniugativo. I, rilascio elettronico Le posizioni reattive del metossibenzene sono più ricche di elettroni (e quindi PIU reattive) delle posizioni reattive del benzene rientamento in T PAA. In queste posizioni il gruppo esercita solo l'effetto induttivo. I rilascio elettronico Le posizioni reattive del metilibenzene sono più ricche di elettroni (e quindi PIU reattive) delle posizioni reattive del benzene l rientamento in T PAA. In queste posizioni il gruppo esercita sia l'effetto induttivo che quello coniugativo. I, attrazione elettronica Le posizioni reattive del clorobenzene sono più povere di elettroni (e quindi M reattive) delle posizioni reattive del benzene Il rilascio elettronico dovuto a risonanza è maggiore di quello induttivo (alchili) eattività: l > > > > 15

83 Sostituzioni lettrofile sul AFTAL A differenza del benzene, le posizioni del naftalene non sono tutte equivalenti: ITAMT β β α α α α β β per conoscere l orientamento, basta confrontare gli addotti sigma nelle posizioni α e β L altro anello mantiene la completa aromaticità volte su nella risonanza dell addotto in α, solo 1 nella risonanza dell addotto in β e quindi è più stabile Le sostituzioni elettrofile aromatiche sul naftalene avvengono in α S 4 Un caso a parte è la solfonazione, in cui l orientamento dipende dalla temperatura S T<100 o S 4 S S 4, Δ T>150 o S coordinata di reazione α β a T<100 : controllo cinetico, a T>150 : controllo termodinamico S S 16

84 AZII LTTFILI DBLI Avvengono solo con aromatici MLT reattivi 1. eazione con i sali di benzendiazonio : X X 4idrossiazobenzene L elettrofilo (voluminoso) va in in orto solo se la posizione para è occupata eagiscono solo: benzenolo (=fenolo) e benzenammina (=anilina) (e analoghi del naftalene). eazione di carbossilazione (eazione di Kolbe) a Δ δ δ a solo con fenolo aspirina (acido acetilsalicilico) acido acetossibenzencarbossilico acido salicilico (acido idrossibenzencarbossilico) 17

85 . eazione di formilazione (reazione di eimertiemann) a a l K solo con fenolo l :l l :l lettrofilo :l l l l l l aldeide salicilica (idrossibenzencarbaldeide) 4. eazione di idrossimetilazione solo con fenolo ochinometano pchinometano 18

86 PPAAZI ATTIVITA' DI SALI DI BZDIAZI [] (Fe, l) a, l, S 4 [] (F ), Δ l P l ul KI u u I AgBF 4 a, u BF 4 F Δ (solido) US DI SALI DI BZDIAZI 1. Introduzione di gruppi che non si possono introdurre diversamente è nucleofilo da il benzene reagisce con gli elettrofili S 4 [] a l, 0 l. Introduzione di un secondo sostituente in una posizione diversa da quella possibile con una sostituzione elettrofila aromatica, sulla base dell'orientamento provocato dal primo sostituente esempi? 19

87 PBLMI SLUZI difficile introdurre orienta un elettrofilo in meta sali di benzendiazonio ( ) All serve per ingombrare stericamente le posizioni orto ed avere solo la sostituzione in para e per diminuire la reattività altrimenti si avrebbero prodotti di polimetilazione, a l, 0 l u PBLMA sia che orientano in orto, para SLUZI sali di diazonio (preparato come prima) Fe ( > I ) gruppo a rilascio elettronico più forte di, a S 4, 0 5 S 4 P 0

88 ? PBLMA orienta in orto, para Fe Fe Fe SLUZI SALI DI DIAZI in queste condizioni reagiscono tutte le posizioni influenzate da a X, 0 5 gli atomi di sono nella posizione relativa voluta: basta togliere il gruppo X P 1

89 ATTIVITA' DI ATA FAT I AGTI LTTFILI L'aumento del numero di anelli condensati diminuisce l'aromaticità Fenantrene ed antracene (meno aromatici di benzene e fenantrene) dannoa AZII DI ADDIZI FAT il legame 910 ha caratteristiche di un doppio legame poco delocalizzato (Fel ) 9bromofenantrene 9,10dibromo9,10diidrofenantrene ATTZI!! nel nome del prodotto di addizione va indicata la presenza dei due : 9,10dibromofenantrene indica che in 9 e 10 ci sono due atomi di AL PST DI DU 9,10dibromofenantrene il fenantrene si comporta con X come un alchene l l 9cloro9,10diidrofenantrene L'addizione avviene al legame 910, perché in questo modo rimane intatta l'aromaticità degli altri due anelli benzenici ATA Si comporta anche come un diene coniugato, dando prodotti di addizione 1,4, oltre ai prodotti di sostituzione elettrofila aromatica (in posizione 9) (Fel ) 9bromoantracene 9,10dibromo9,10diidroantracene L antracene dà le caratteristiche reazioni dei dieni coniugati e perciò reagisce con elettrofili del tipo X e con i dienofili

90 X 9X9,10diidroantracene X addotto di DielsAlder eazioni in catena laterale I benzeni sostituiti possono reagire anche in catena laterale (cioè sul sostituente), se si usano condizioni opportune. l hν l l Fel l AZII DI SSIDAZI Monoalchilbenzeni Si ossidano a acido benzencarbossilico KMn 4, Δ

91 KMn 4, Δ ( ) n KMn 4, Δ (n 1) Anello benzenico molto resistente all'ossidazione, V Il naftalene è un po più facile da ossidare, V Un ossidazione meno drastica si può avere con r e gli aromatici con più anelli condensati r 1,4naftalenchinone (1,4naftochinone) r r 9,10fenantrenchinone 9,10antracenchinone benzendioli Si ossidano molto facilmente a chinoni Ag obenzochinone Ag pbenzochinone 4

92 AZII DI IDUZI on La riduzione catalitica richiede pressioni e temperature elevate per la prima addizione (perdita dell aromaticità), mentre le addizioni successive sono più facili., P, Δ on a cat. (Pt, Pd, i, u, o h) iduzione di Birch a (o Li) meccanismo: a... carbanione anione radicale.. liquida, radicale. a Se la reazione si effettua su un benzene sostituito ITAMT Si formano carbanioni stabilizzati da gruppi ad attrazione elettronica, destabilizzati da gruppi a rilascio elettronico Un carbonio che porta un gruppo ad attrazione elettronica viene ridotto a (o Li) liquida, intermedio stabilizzato Un carbonio che porta un gruppo a rilascio elettronico non viene ridotto a (o Li) liquida, intermedio destabilizzato a (o Li) liquida, intermedio destabilizzato 5

93 Il benzene non reagisce con i nucleofili u Però.. la sintesi industriale del fenolo parte dal clorobenzene l K, Δ, P Kl..e allora???? SSTITUZI ULFILA AMATIA Perché i composti aromatici possano reagire con ULFILI, devono possedere i seguenti requisiti 1. BU GUPP UST. SSTITUT/I A FT ATTAZI LTTIA ( ) In questo caso si ha: Meccanismo di ADDIZILIMIAZI La reazione avviene in due stadi, con formazione nello stadio lento di un intermedio (addotto σ negativo o complesso di Meisenheimer), stabilizzato per risonanza dal sostituente l l l X δ l δ X Δ =/ l X coordinata di reazione δ l δ X X l lento l l l 6

94 videnze sperimentali: qualche complesso di Meisenheimer è stato isolato F il legame F è più forte di l, ma è più reattivo di l il legame con il gruppo uscente non si rompe nello stadio lento e F (più elettronegativo) favorisce l'attacco del nucleofilo, rendendo più positivo il a cui è legato Però.. la sintesi industriale del fenolo parte dal clorobenzene l K, Δ, P Kl..e allora???? Se manca il sostituente a forte attrazione elettronica, si può avere reazione con i nucleofili, purché vengano soddisfatti i seguenti requisiti: 1. BU GUPP UST. il nucleofilo è UA BAS FT K (solida) a in liquida In questo caso si ha: Meccanismo di LIMIAZIADDIZI La base forte strappa un protone acido (in orto al gruppo uscente) e la base coniugata forma il benzino, che, essendo molto reattivo, addiziona l'acido coniugato della base l l.. l BZI l'addizione può avvenire in entrambi i modi videnze sperimentali: l * * * l * = 1 con un clorobenzene sostituito si hanno miscele di prodotti 7

95 16/05/011 pmetilclorobenzene l l l.. l ometilclorobenzene l l mmetilclorobenzene l l 8

96 aratteristica strutturale di aldeidi e chetoni ALDIDI e TI sp legato a sp = aratteristiche Spettrali Spettrometria di massa Lo ione molecolare di solito è osservabile, sia con le aldeidi che con i chetoni. Una scissione molto facile è la rottura α (αcleavage), che lascia un carbocatione acilio (stabilizzato per risonanza):... '. '.. ' ' M M P.M = 106 m/z 105 m/z 105 P.M = 10 M 1

97 UVvisibile due transizioni: π π* a λ = 190 nm (lontano UV) permessa dalla simmetria (ε> ) n π* a λ = 8090 nm proibita dalla simmetria (ε 150) La transizione n π* può non vedersi se la soluzione è diluita La coniugazione con doppi legami sposta I massimi di assorbimento verso lunghezze d onda maggiori (shift batocromico) π π* a λ = 1 nm (ε = M 1 cm 1 ) n π* a λ = 1 nm (ε = 40 M 1 cm 1 ) I ALDIDI stretching = stretching (del ) a circa 175 cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione deboli bande a 750 e 850 cm 1. metilbutanale benzencarbaldeide

98 I stretching = TI a circa 1715 cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione pentanone fenil metil chetone 1 M L effetto I dell ed il campo magnetico generato dagli elettroni π diminuiscono la densità elettronica attorno al nucleo del 1 : molto deschermato δ ppm (aldeidi) 0190 ppm (chetoni) metilbutanale pentanone

99 1 M ALDIDI L effetto I dell ed il campo magnetico generato dagli elettroni π diminuiscono la densità elettronica attorno al nucleo del 1 del : molto deschermato (9,510,5 δ) benzencarbaldeide metilbutanale 1 M TI L effetto I dell diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 sul adiacente: deschermato da,0,5 ( ) fino a (, ) δ pentanone fenil metil chetone 4

100 ALDIDI e TI sp u: δ δ acido eazione caratteristica ADDIZI ULFILA Meccanismo: 1. u: u lento sp (trigonale planare) sp (tetraedrico) u generalmente =. sp (trigonale planare) :u lento u sp (tetraedrico) 5

101 Sono reazioni di equilibrio isentono dell'effetto sterico isentono degli effetti elettronici dei sostituenti Sostituenti ad attrazione elettronica D PIU' PSITIV il carbonilico FAVIS l'attacco del nucleofilo ATTIVITA' ST TI < MTILTI < ALDIDI < MTAAL a. ULFILI ALL'SSIG aldeide idrata chetone idrato Meccanismo: : lento 6

102 Meccanismo: : lento MIATAL esempi: La reazione può avvenire anche in modo intramolecolare: Se la reazione con alcool si fa in ambiente AID AID, prosegue: (*) ' ' ' (*) l (gas) ATAL (*) ' " ' ' " ATAL (TAL) (*) l (gas) Meccanismo: ' ' come già descritto 7

103 '.. ' ' '.. ' ' ' ' ' on I chetoni (meno reattivi delle aldeidi) l equilibrio è spostato verso sinistra I chetoni danno chetali con equilibrio spostato verso destra solo se il nucleofilo è un diolo (1, o 1,): la reazione è intramolecolare e si forma un anello stabile.. sempio di applicazione: come ottenere da? KMn 4 però, con KMn 4 : KMn 4 8

104 KMn 4, b. ULFILI ALL ZLF S : S lento S S MITIATAL esempi: S S S S anidro S Se la reazione con si fa in ambiente AID AID, prosegue: S S TIATAL on ditioli la reazione è intramolecolare quando si possono formare anelli stabili (5 e 6 termini).grado di.. S S S S S S 9

105 S S S S S S S S TIATAL (TITAL) as eazione di Bertagnini solo con aldeidi : S S reazione acidobase S Serve per purificare le aldeidi: l addotto precipita, si filtra, si torna ad aldeide c. ULFILI ALL AZT con i nucleofili all'azoto i prodotti di addizione perdono una molecola diacqua ammoniaca ed ammine primarie, : IMMIA (base di Schiff).. ' ' ' IMMIA (base di Schiff) Meccanismo: veloce 10

106 .. veloce lento veloce veloce La velocità della reazione dipende dal p la velocità massima si ha a p 5 6 k p a p troppo acido manca il nucleofilo a p non abbastanza acido, la concentrazione di composto carbonilico protonato è troppo bassa 11

107 ammine secondarie '.. ' ' AMMIA Meccanismo: veloce.. lento veloce sempi:, ( ) ammine terziarie SSUA AZI derivati dell'ammoniaca X =.. X IDSSILAMMIA veloce.. lento 1

108 : SSIMA sempio: ossima della benzencarbaldeide ossima del butanone X =.... IDAZIA veloce.. lento : IDAZ sempio: idrazone del propanale 1

109 X = 6 5 u.... FILIDAZIA veloce.. lento : FILIDAZ sempio:.... fenilidrazone del fenil metil chetone u.... fenilidrazone del butanale,4diitfilidazia 14

110 ....,4DIITFILIDAZ sempio:,4difenilfenilidrazone del del propanone X =.... SMIABAZID u.... SMIABAZ 15

111 meccanismo: d. ULFILI AL ABI : : ' cianidrina ' cianidrina lento :.. : : : : MgX Addizione di carbanioni (composti organometallici) δ δ MgX δ δ MgX ( ) Mg()X sempi: Mg Mg MgI MgI MgI MgI 16

112 Li esempio: δ δ δ δ Li Li Li Li ( ) Li() FSFA AZI DI WITTIG alogenoalcano trifenilfosfina base forte composto carbonilico AL 1. Sostituzione nucleofila.. P S P sale di FSFI (bromuro di alchiltrifenilfosfonio). eazione acidobase base.. P( 6 5 ) P( 6 5 ) P( 6 5 ) FSFA o ILID (yilide) u: BAS butillitio ( Li) oppure idruro di sodio (a) IL FSF PU' SPAD L'TTTT: stabilizza il carbanione. Addizione nucleofila.. P( 6 5 ) ' " P( 6 5 ) BTAIA " ' o FSFTA 17

113 " ' P( 6 5 ) fosfinossido "driving force (forza trainante) Il legame P è più forte del legame P sempio: 1. :PPh. a a.. :PPh PPh PPh PPh.. PPh =PPh sempio: 1. :PPh. 4 9 Li.. PPh PPh DSAZI ALDLIA 10% a in ALDL 18

114 meccanismo: 1. reazione acidobase genera il nucleofilo α. addizione nucleofila. reazione acidobase la sua concentrazione non cambia l'aldolo, sottoposto a riscaldamento, perde una molecola di acqua Δ doppio legame coniugato perché la condensazione aldolica possa avvenire, è necessario che l'aldeide abbia almeno un in α al carbonile per esempio: non reagiscono aldeidi con più dell'etanale, comunque danno il carbanione in α al carbonile α 19

115 δ δ DSAZI ALDLIA MISTA La reazione con due aldeidi, entrambe con in α, dà una miscela di prodotti la condensazione aldolica mista (o incrociata) diventa utile quando una sola delle aldeidi ha un in α (precursore del nucleofilo). nucleofilo 0

116 la coniugazione con l'anello benzenico facilita la disidratazione ATTZI! la condensazione aldolica in ambiente basico con i chetoni non avviene equilibrio spostato a sinistra i chetoni possono essere utilizzati come fonti di carbanioni in condensazioni miste con aldeidi senza in α AZI DI LAISSMIDT nucleofilo meccanismo: spontanea la coniugazione con l'anello benzenico facilita la disidratazione esempio: In questo caso, per avere disidratazione occorre SALDA (meglio se in ambiente acido) Δ 1

117 AZI DI AIZZA Le aldeidi SZA in α al carbonile possono reagire con a, in condizioni più drastiche di quelle della condensazione aldolica (concentrazione più elevata di base, temperatura elevata) Δ eazione di disproporzione (un si ossida e un altro di riduce) meccanismo: 1. attacco nucleofilo al carbonilico δ δ annizzaro ( ) Questo QUILIBI si ha anche nel caso della condensazione aldolica, ma in quel caso c è un altra strada (attraverso la base coniugata) che porta a prodotti e quindi questo equiibrio è come se non ci fosse.. trasferimento di idruro ( con gli elettroni di legame) δ δ. reazione acidobase Danno la reazione di annizzaro tutte le aldeidi SZA AIDI Di solito gli acidi sono in α al carbonile, ma SSAIAMT esempio: ma:? acido!

118 ecc. ucleofilo condensazione aldolica

119 TAUTMIA L'equilibrio tautomerico è catalizzato da acidi e da basi meccanismo in ambiente basico:.. reazione acidobase ione enolato reazione acidobase enolo l'equilibrio è spostato verso la forma carbonilica 99.99% 0.01% 99.90% 0.10% 99.4% 0.06% l'equilibrio è spostato verso la forma enolica se ci sono fattori particolari che la stabilizzano 0% 80% meccanismo in ambiente acido:..... stabilizzazione per legame idrogeno : reazione acidobase reazione acidobase 4

120 Un chirale in α al carbonile in ambiente acido o basico racemizza * (S) oppure * (S) * () IDUZI, cat. idruro idruro = ab 4, LiAl 4 (a) oppure (b) [] (a) Zn(g), l (b),, Δ lemmensen WolffKischner meccanismi: ab 4 ADDIZI ULFILA u: = B B.. ADDIZI ULFILA u: =.. Δ.. ADDIZI ULFILA u: = :.. i idrogenazione catalitica 5

121 SSIDAZI [] [] [] SSUA AZI ' tutti gli ossidanti già visti con gli alcooli Saggio di Tollens Ag( ) Ag specchio d'argento gli αidrossichetoni possono dare un saggio positivo: Gottfried Tollens ' [] Ag( ) Ag ' AZII I ATA LATAL αalgazi I chetoni vengono alogenati in α al carbonile. La reazione è promossa da basi oppure acidocatalizzata (Le aldeidi vengono ossidate dagli alogeni). promossa da basi: la base si consuma acidocatalizzata 6

122 l'acido non si consuma La velocità dell'αalogenazione (sia in ambiente basico che in ambiente acido) dipende dalla concentrazione di alogeno. meccanismo della reazione promossa da basi: lento meccanismo della reazione acido catalizzata: lento : 7

123 on i metilchetoni reazione dell'aloformio con eccesso di alogeno e a in acqua, I I iodoformio solido giallo meccanismo: I I I I I I I Acidità maggiore di quella del metile I I I atomi di iodio (elettronegativi) I I :I I Si separa; giallo ATTZI!!! i possono essere falsi positivi I ossidante anche composti diversi dai metilchetoni possono dare lo iodoformio (falsi positivi) se la molecola può essere ossidata dallo iodio a metilchetone I I I I I I 8

124 MPSTI ABILI α,βisatui centro nucleofilo centro elettrofilo on reagenti elettrofili Addizione 1, e 1,4 Addizione 1, l l Addizione 1,4 l l on reagenti nucleofili Addizione 1, e 1,4 meccanismo: 1,4 1, con nucleofili basi più forti è preferita l'addizione 1, (al =) 9

125 Mg MgI con nucleofili basi più deboli è preferita l'addizione 1,4 IDUZI di composti carbonilici contenenti = il prodotto dipende dal catalizzatore e dalle condizioni di reazione, i si riduce = 5, i, Δ si riducono entrambi 1. ab 4. si riduce = 0

126 AIDI ABSSILI e DIVATI aratteristica strutturale di acidi carbossilici e derivati Y aratteristiche Spettrali Spettrometria di massa Acidi carbossilici Lo ione molecolare di solito è spesso debole. La rottura α (αcleavage), lascia il carbocatione acilio (stabilizzato per risonanza):.. Può essere perso il gruppo.. m/z 45 Anche con gli altri gruppi funzionali è favorita la scissione dello ione molecolare che porta al carbocatione acilio Le ammidi non sostituite sull hanno un picco caratteristico a m/z 44.. m/z 44 acido butanoico, PM 88 acetato di etile, PM 88 M M 1

127 propanammide, PM 7 m/z 44 cloruro di butanoile, PM 106 M M l anidride benzencarbossilica, PM 6 UVvisibile Analogo a quello di aldeidi e chetoni I AIDI ABSSILII stretching stretching = stretching banda molto larga a 400 cm 1, spesso sovrapposta alle bande a circa cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione tra 10 e 110 cm 1 acido butanoico

128 I STI stretching = stretching a circa 175 cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con. La coniugazione con sposta l assorbimento verso valori più alti. due o più bande tra 100 e 1000 cm 1 acetato di etile I AMMIDI stretching = a circa cm 1. stretching cm 1 ( hanno due bande) propanammide

129 I stretching = LUI AILII a circa 1800 cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione. cloruro di butanoile cloruro di benzoile I AIDIDI stretching = sempre due bande tra 180 a 1800 cm 1 e tra 1775 e 1740, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con. stretching tra 100 e 900 cm 1 anidride propanoica 4

130 I stretching ITILI a circa 50 cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con. propanonitrile benzenecarbonitrile 1 M L effetto I dell ed il campo magnetico generato dagli elettroni π diminuiscono la densità elettronica attorno al nucleo del 1 : molto deschermato δ X ppm acetato di etile acido butanoico anidride propanoica propanammide 5