19/05/014 aratteristica strutturale di aldeidi e chetoni ALDEIDI e ETI 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
19/05/014 UVvisibile due transizioni: π π* a λ = 190 nm (lontano UV) permessa dalla simmetria (ε> 10 000) 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 = 1 600 M 1 cm 1 ) n π* a λ = 1 nm (ε = 40 M 1 cm 1 ) I ALDEIDI 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
19/05/014 I stretching = ETI 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 05185 ppm (aldeidi) 0190 ppm (chetoni) metilbutanale pentanone
19/05/014 1 M ALDEIDI 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 ETI 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
19/05/014 ALDEIDI e ETI sp u: δ δ E acido eazione caratteristica ADDIZIE ULEFILA Meccanismo: 1. u: u lento sp (trigonale planare) sp (tetraedrico) E u E generalmente E =. sp (trigonale planare) :u lento u sp (tetraedrico) 5
19/05/014 Sono reazioni di equilibrio isentono dell'effetto sterico isentono degli effetti elettronici dei sostituenti Sostituenti ad attrazione elettronica ED PIU' PSITIV il carbonilico FAVIS l'attacco del nucleofilo EATTIVITA' ESETE ETI < METILETI < ALDEIDI < METAALE a. ULEFILI ALL'SSIGE aldeide idrata chetone idrato Meccanismo: : lento 6
19/05/014 Meccanismo: : lento EMIAETALE esempi: La reazione può avvenire anche in modo intramolecolare: Se la reazione con alcool si fa in ambiente AID AID, prosegue: (*) ' ' ' (*) l (gas) AETALE (*) ' " ' ' " AETALE (ETALE) (*) l (gas) Meccanismo: ' ' come già descritto 7
19/05/014 '.. ' ' '.. ' ' ' ' ' 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.. Esempio di applicazione: come ottenere da? KMn 4 però, con KMn 4 : KMn 4 8
19/05/014 KMn 4, b. ULEFILI ALL ZLF S : S lento S S EMITIAETALE esempi: S S S S anidro S Se la reazione con si fa in ambiente AID AID, prosegue: S S TIAETALE 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
19/05/014 S S S S S S S S TIAETALE (TIETALE) 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. ULEFILI 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
19/05/014.. veloce lento veloce veloce La velocità della reazione dipende dal p la velocità massima si ha a p 5 6 k.. 5 6 p a p troppo acido manca il nucleofilo a p non abbastanza acido, la concentrazione di composto carbonilico protonato è troppo bassa ammine secondarie '.. ' ' EAMMIA Meccanismo: veloce.. lento veloce Esempi:, 11
19/05/014 ( ) ammine terziarie ESSUA EAZIE derivati dell'ammoniaca X =.. X IDSSILAMMIA veloce.. lento : SSIMA Esempio: ossima della benzencarbaldeide ossima del butanone 1
19/05/014 X =.... IDAZIA veloce.. lento : IDAZE Esempio: idrazone del propanale X = 6 5 u.... FEILIDAZIA veloce.. lento : FEILIDAZE 1
19/05/014 Esempio:.... fenilidrazone del fenil metil chetone u.... fenilidrazone del butanale,4diitfeilidazia....,4diitfeilidaze Esempio:,4difenilfenilidrazone del del propanone 14
19/05/014 X =.... SEMIABAZIDE u.... SEMIABAZE meccanismo: d. ULEFILI AL ABI : : ' cianidrina ' cianidrina lento :.. : : : : 15
19/05/014 Addizione di carbanioni (composti organometallici) MgX δ δ MgX δ δ MgX ( ) Mg()X Esempi: MgBr MgBr MgI MgI MgI MgI Li esempio: δ δ δ δ Li Li Li Li ( ) Li() FSFA EAZIE DI WITTIG alogenoalcano trifenilfosfina base forte composto carbonilico ALEE 16
19/05/014 1. Sostituzione nucleofila Br.. P S P Br sale di FSFI (bromuro di alchiltrifenilfosfonio). eazione acidobase base.. P( 6 5 ) P( 6 5 ) P( 6 5 ) FSFA o ILIDE (yilide) u: BASE butillitio ( Li) oppure idruro di sodio (a) IL FSF PU' ESPADEE L'TTETT: stabilizza il carbanione. Addizione nucleofila.. P( 6 5 ) ' " P( 6 5 ) BETAIA " ' o FSFETA " ' P( 6 5 ) fosfinossido "driving force (forza trainante) Il legame P è più forte del legame P Esempio: Br 1. :PPh. a a.. Br :PPh PPh PPh PPh.. PPh =PPh 17
19/05/014 Esempio: Br 1. :PPh. 4 9 Li.. PPh PPh DESAZIE ALDLIA 10% a in ALDL meccanismo: 1. reazione acidobase genera il nucleofilo α. addizione nucleofila. reazione acidobase la sua concentrazione non cambia 18
19/05/014 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 δ δ DESAZIE ALDLIA MISTA La reazione con due aldeidi, entrambe con in α, dà una miscela di prodotti 19
19/05/014 la condensazione aldolica mista (o incrociata) diventa utile quando una sola delle aldeidi ha un in α (precursore del nucleofilo). nucleofilo la coniugazione con l'anello benzenico facilita la disidratazione ATTEZIE! 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 EAZIE DI LAISESMIDT nucleofilo 0
19/05/014 meccanismo: spontanea la coniugazione con l'anello benzenico facilita la disidratazione esempio: In questo caso, per avere disidratazione occorre SALDAE (meglio se in ambiente acido) Δ EAZIE DI AIZZA Le aldeidi SEZA 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 (1861910) Questo EQUILIBI 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. 1
19/05/014. trasferimento di idruro ( con gli elettroni di legame) δ δ. reazione acidobase Danno la reazione di annizzaro tutte le aldeidi SEZA AIDI Di solito gli acidi sono in α al carbonile, ma EESSAIAMETE esempio: ma:? acido! ecc. ucleofilo condensazione aldolica
19/05/014 TAUTMEIA 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
19/05/014 Un chirale in α al carbonile in ambiente acido o basico racemizza * * * oppure (S) (S) () icapitolando: Tutti gli equilibri ESIST elettrofilo = u = B MA QUAD UEQUILIBI E SPSTAT VES I PDTTI, GLI ALTI TA IDIET: E ME SE I FSSE acidi IDUZIE, cat. idruro idruro = ab 4, LiAl 4 (a) oppure (b) [] (a) Zn(g), l (b),, Δ lemmensen WolffKischner 4
19/05/014 meccanismi: ab 4 ADDIZIE ULEFILA u: = B B.. ADDIZIE ULEFILA u: =.. Δ.. ADDIZIE ULEFILA u: = :.. i idrogenazione catalitica SSIDAZIE [] [] [] ESSUA EAZIE ' 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 ' 5
19/05/014 EAZII I ATEA LATEALE αalgeazie 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: Br Br Br Br Br la base si consuma Br acidocatalizzata Br Br Br Br Br l'acido non si consuma La velocità dell'αalogenazione (sia in ambiente basico che in ambiente acido) dipende dalla concentrazione di alogeno. Br meccanismo della reazione promossa da basi: lento Br Br Br Br 6
19/05/014 meccanismo della reazione acido catalizzata: lento : Br Br Br Br Br Br 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) 7
19/05/014 I I :I I Si separa; giallo ATTEZIE!!! 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 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 8
19/05/014 on reagenti nucleofili Addizione 1, e 1,4 meccanismo: 1,4 1, con nucleofili basi più forti è preferita l'addizione 1, (al =) MgBr MgI con nucleofili basi più deboli è preferita l'addizione 1,4 IDUZIE 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 = 9
IMIA GAIA I orso di laurea in IMIA, IMIA APPLIATA, SIEZA DEI MATEIALI Esercitazione n. 16 eazioni e meccanismi di aldeidi e chetoni. TEMII ED AGMETI PE L SVLGIMET DEGLI ESEIZI DI QUEST FGLI: Meccanismo generale dell'addizione nucleofila. Addizione di. Addizione di acqua. Addizione di alcooli (formazione di emiacetali e di acetali). Formazione di immine ed enammine. Addizione dei derivati dell'ammoniaca (idrossilammina, idrazina, fenilidrazina,,4dinitrofenilidrazina, semicarbazide). eazione con i reattivi di Grignard ed i composti litioorganici. eazione di Wittig. ondensazione aldolica, aldolica incrociata, condensazione di laisenschmidt. eazione di annizzaro. eazione di ossidazione, reattivo di Tollens. eazioni di riduzione: con idrogeno e catalizzatore, con idruri, di lemmensen, di WolffKishner. Tautomeria. αalogenazione (promossa da basi ed acidocatalizzata); reazione dell'aloformio. eazioni dei composti α,βinsaturi. 1. Dare la definizione ed un esempio per ciascuno dei seguenti termini: a) chetone; b) aldeide; c) forma enolica; d) ione enolato; e) tautomeria; f) tautomero; g) idrogeno enolizzabile; h) cianidrina; i) immina; j) ossima; k) fenilidrazone; l) enammina; m) acetale; n) emiacetale; o) 1,ditiano (= 1, ditiacicloesano); p) saggio di Tollens; q) riduzione di WolffKishner; r) riduzione di lemmensen. PE IDAE LE EAZII. ompletare le equazioni chimiche per le reazioni del propanale con ciascuno dei seguenti reagenti: a) ab 4 (e poi ); bromuro di fenilmagnesio e poi acqua e Br; c), ; d) 1, etandiolo, in ambiente acido; e) bromo, in acido acetico; f) idrossilammina; g) fenilidrazina; h) dietilammina; i) KMn 4, ; j) con piperidina (= azacicloesano); k) con pirrolidina (= azaciclopentano).. Scrivere i prodotti che si ottengono per ciascuna delle seguenti reazioni della pmetilbenzencarbaldeide: a) con aldeide acetica (= etanale), in ambiente basico; b) con a concentrata; c) con KMn 4, a freddo; d) con KMn 4, a caldo; e) con etanammina. 4. ompletare le seguenti reazioni del cicloesanone, specificando i nomi dei composti organici che si ottengono: a) con,dimetil1,propandiolo, in ambiente acido; b) con idrossilammina; c) con 1, etandiolo, in ambiente acido; d) con LiAl 4 e poi acqua e acido. 5. Scrivere i prodotti che si ottengono da ciascuna delle seguenti reazioni dell'acetofenone (= feniletanone): a) con cloro (in eccesso), in ambiente basico; b) con ab 4, e poi acqua; c) con e S 4 ; d) con idrazina; e) con idrazina, in ambiente basico, a caldo; f) con bromuro di fenilmagnesio, e poi acqua e Br; g) con iodio, in ambiente basico; h) con Zn(g) e l.
6. Scrivere i prodotti delle reazioni del ciclopentanone con: a) bromo in acido acetico; b) ab 4 e successiva idrolisi; c) fenilidrazina; d) bromuro di isopropilmagnesio e poi acqua, ; e) idrazina, in ambiente basico a caldo. 7. ompletare le seguenti reazioni, specificando i nomi dei composti organici che si formano: a) cicloesancarbaldeide ; b) ciclopentanone a S 4 ; c) aldeide benzoica metanammina; d) ciclopentanone anilina; e) ciclopentanone piperidina (= azacicloesano); f) 4 metilpentenone metanammina. 8. Per ciascuno dei seguenti composti indicare il gruppo funzionale e scrivere la reazione di idrolisi completa. a) b) c) d) e) f) g) h) 9. Scrivere le reazioni per la formazione di emiacetali in soluzione acquosa di: a) 5idrossi esanone; b) 1,,4,5,6pentaidrossiesanone; c) 5idrossipentanale; d),4diidrossipentanale. c) Scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo per la formazione di acetali con metanolo, a partire dagli emiacetali precedenti. 10. Scrivere le reazioni del cicloesanone con i seguenti reagenti: a) metanammina, in ambiente acido; b) metanolo, in ambiente acido anidro; c) idrossilammina, in ambiente acido; d) 1,etandiolo, in ambiente acido; e) fenilidrazina, in ambiente acido; f) bromuro di fenilmagnesio, e poi acqua acida; g) reattivo di Tollens; d) acetiluro di sodio e poi acqua acida; i) cianuro di sodio e poi acqua acida; j) idrazina e poi K, a caldo. 11. Scrivere le reazioni della cicloesancarbaldeide con i seguenti reagenti: a) bromuro di fenilmagnesio, e poi acqua acida; b) reattivo di Tollens; c) etanolo, in ambiente acido anidro; d) 1, propanditiolo, in ambiente acido anidro; e) amalgama di zinco in l acquoso; f) fenilidrazina, in ambiente acido. 1. Scrivere tutti i passaggi della reazione di Wittig servendosi di: a) trifenilfosfina, 1 bromopropano, butillitio, benzaldeide; b) trifenilfosfina, iodopropano, idruro di sodio, propanale. 1. Le seguenti reazioni sono usate per l'identificazione e l'analisi di aldeidi e chetoni. Scrivere le reazioni corrispondenti: a) butanone,4dinitrofenilidrazina; b) benzaldeide reattivo di Tollens; c) cicloesanone Br,.
14. ompletare le seguenti reazioni: a) propanone,, i; b) propanale,, Pt; c) cicloesancarbaldeide KMn 4. 15. Scrivere i prodotti (specificandone il nome) delle seguenti reazioni: a) ciclopentanone ab 4 e successiva idrolisi; b) benzaldeide a, l; c) pentanale a, ; d) 4esenale metanolo e l anidro; d) 1,diossaciclopentano, (ATTEZIE: il gruppo funzionale è del tipo ()!). 16. ompletare la seguente serie di reazioni: benzene l All A; A,, a caldo B; B KMn 4, a caldo. PE APIE LE EAZII (MEAISMI) 17. a) Scrivere il meccanismo della reazione tra idrossilammina ed un composto carbonilico. b) Prevedere, spiegando, l'ordine di reattività delle seguenti aldeidi nei confronti dell'idrossilammina: benzaldeide, pnitrobenzaldeide, mnitrobenzaldeide. 18. a) Mettere i seguenti composti in ordine di reattività nei confronti della reazione con idrazina (spiegare): benzaldeide, pmetilbenzaldeide, pmetossibenzaldeide. b) Mettere i seguenti composti in ordine di reattività nei confronti della reazione con,4dinitrofenilidrazina: pentanone, pentanone, cloropentanone, pentanale (spiegare). 19. a) Scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo della reazione che avviene tra etanale e metanolo, in presenza di acidi. b) Spiegare come varia la reattività se con metanolo si fa reagire l'aldeide tricloroacetica. 0. a) Scrivere il meccanismo dell'idratazione di un composto carbonilico; b) mettere i seguenti composti carbonilici secondo l'ordine decrescente delle loro costanti di equilibrio di idratazione: l, l,,,. (Spiegare). 1. a) L'1fenilpropanone può dare due enoli diversi. a) Scrivere le strutture degli enoli. b) Prevedere quale sarà presente all'equilibrio in quantità maggiore. c) Scrivere il meccanismo di formazione dell'enolo in uno dei due casi.. Il fenilbutanone potrebbe formare due enoli, ma in realtà ne forma uno solo. Quale? Spiegare. b) he cosa succede quando l'()fenilbutanone si scioglie in soluzione acquosa acida o basica? [suggerimento: tautomeria...]. Quando l'()fenilbutanone si scioglie in etanolo acquoso contenente a o l, il potere rotatorio della soluzione diminuisce lentamente, fino a diventare zero. Evaporando il solvente, si ottiene una miscela racemica di () e (S)fenilbutanone. Spiegare e scrivere gli equilibri corrispondenti. 4. Il 4idrossibutanale esiste in soluzione essenzialmente in forma ciclica. a) he tipo di composto è? b) Scrivere l'equilibrio tra la forma aperta e la forma ciclica. c) Scrivere il meccanismo relativo alla ciclizzazione. 5. a) L'1,1dietossietano si idrolizza facilmente in acqua contenente un po' di acido solforico; scrivere i prodotti di reazione ed il meccanismo. b) Un acetale si può formare in soluzione acida, ma
non in soluzione basica. Perché? c) L'etossicicloesano non dà reazione con l diluito, mentre l'1,1 dietossicicloesano sì. Spiegare. 6. el tentativo di ottenere l'()bromobutanone, un chimico ha trattato l'(,)bromo butanolo con acido cromico, ottenendo però una miscela racemica. Spiegare. 7. Quando il cis,4dimetilcicloesanone si scioglie in etanolo acquoso contenente una traccia di a, si ottiene una miscela di isomeri cis e trans. Spiegare, servendosi del meccanismo. 8. a) La pnitrobenzaldeide viene riscaldata in presenza di una base forte. Scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo della reazione. b) La benzaldeide viene fatta reagire con etanale in ambiente acquoso basico. Scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo della reazione, spiegando la funzione della base e dei due carbonili. 9. a) Scrivere l'equilibrio che si stabilisce quando si scioglie l'etanale in acqua. b) Etanale, tricloroetanale ed acetone si sciolgono in acqua: stabilire l'ordine decrescente di stabilità degli addotti che si formano. Spiegare, sulla base del meccanismo. 0. Dire da quali dei seguenti composti si formano idrati stabili (scrivere gli equilibri corrispondenti e spiegare): esacloropropanone, cicloesanone, benzaldeide,,dimetilpentanone, formaldeide (= metanale). 1. Mettere i seguenti composti in ordine di reattività verso : difenil chetone, benzaldeide, fenil metil chetone. Spiegare e scrivere le reazioni corrispondenti.. a) Perché una arilammina (per es. anilina) dà un'immina più stabile della isopropilammina? b) Quale è la geometria di =? Vi aspettate che ci siano stereoisomeri? Da quali composti si può ottenere?. a) Scrivere le equazioni chimiche della reazione del cicloesanone con le seguenti ammine: metanammina, dimetilammina, piperidina (azacicloesano, 6 11 ), pirrolidina (azaciclopentano, 4 9 ). b) Se si tratta con pirrolidina l'1fenilpentanone si forma una sola delle due enammine regioisomere. Indicare quale e spiegare perché. 4. a) Scrivere gli equilibri tautomerici per i seguenti composti: cicloesanone, feniletanone, 1, cicloesandione,,5pentandione,,4pentandione. b) Scrivere equazione chimica e meccanismo per la clorurazione promossa da basi di ()1fenilmetil1butanone. c) Scrivere gli equilibri tautomerici per i seguenti composti carbonilici ed il meccanismo di formazione in ambiente acido e basico: ossobutanale, metil,4pentandione, acetilcicloesanone. 5. La condensazione aldolica dei chetoni in genere non è un processo favorevole. La condensazione aldolica intramolecolare di dichetoni, invece, è un metodo importante per la sintesi di composti ciclici. Scrivere la reazione del,7ottandione con K in acqua. 6. iascuno dei seguenti composti viene fatto reagire con : etanale, Dgliceraldeide, gliceraldeide racemica, propanone. a) Scrivere la reazione per ognuno dei composti. b) Se si fraziona la miscela di reazione (cioè si separano i prodotti, sulla base delle diverse proprietà fisiche), quante frazioni si ottengono in ciascun caso? Quali sono risolvibili (cioè sono miscele racemiche).
7. a) I metilchetoni vengono ossidati dagli ipoalogeniti (reazione dell'aloformio): scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo della reazione tra feniletanone ed ipoclorito di sodio [ricordarsi che l'ipoclorito in ambiente basico è in equilibrio con cloro]. b) Dire quali dei seguenti composti danno un saggio dello iodoformio positivo: iodoetanale; propanale, butanolo, feniletanone, metilpentanone. c) Da quale metil chetone si è ottenuto ciascuno dei seguenti acidi, in seguito a reazione dell'aloformio: a) ( ) b) c) 8. Il testosterone (un ormone sessuale) contiene un raggruppamento ==, α,βinsaturo. Perché sia il carbonio carbonilico che il carbonio in beta sono suscettibili di attacco da parte dei reagenti nucleofili? PE APPLIAE LE EAZII STUDIATE 9. a) Indicare nelle seguenti strutture i gruppi emiacetale ed acetale: b) Da quali alcooli ed aldeidi o chetoni si deve partire per ottenere i composti in (a)? Scrivere le reazioni. 40. Da quali composti carbonilici ed ammine si ottengono le seguenti immine? a) b) c) d) e) 41. Da quale alogenuro alchilico potete partire per effettuare le seguenti reazioni di Wittig: a) difenilchetone 1,1difeniletene; b) pentanone 4metil1,eptadiene; c) obenzendialdeide odivinilbenzene; d) metil (pmetossifenil) chetone 1metossi(pmetossifenil)propene. 4. Indicare come si possa sintetizzare il ottanone a partire dai seguenti composti e tutti i reagenti necessari: a) eptanale; b) ottanolo; c) 1ottino. 4. Indicare come si possa sintetizzare l'ottanale a partire dai seguenti composti e tutti i reagenti necessari: a) 1ottanolo; b) 1nonene (suggerimento: riguardare le reazioni degli alcheni!); c) 1 ottino; d) 1,1dicloroottano. 44. Dire quale tra i seguenti composti dà un saggio di Tollens positivo:
a) b) c) d) 45. Sia ab 4 che abd 4 sono disponibili commercialmente. Indicare come otterreste i seguenti composti a partire dal butanone: D(), D(D), (D). 46. Indicare come si possono effettuare le seguenti conversioni in modo efficiente (ricordate che le aldeidi sono più reattive dei chetoni): a) da ossociclopentancarbaldeide a idrossimetilciclopentanone; b) ossociclopentancarbaldeide a idrossiciclopentancarbaldeide. 47. Scrivere le strutture dei seguenti derivati di composti carbonilici: a) il,4dinitrofenilidrazone della benzencarbaldeide; b) l'ossima del ciclopropanone; c) l'acetale etilenico del esanone (ciclico!); d) il dimetilacetale dell'etanale; e) il metil emiacetale del metanale; f) l'isomero E dell'immina dell'1fenil1propanone. 48. Sintetizzare i seguenti derivati, a partire dall'opportuno composto carbonilico: a) b) c) d) f) e) 49. Da quale alogenuro alchilico e da quale composto carbonilico si può partire per ottenere i seguenti alcheni, mediante una reazione di Wittig: 50. a) Indicare due diversi modi per ottenere il butanolo, usando reattivi di Grignard e gli opportuni composti carbonilici. 51. ome si possono preparare i seguenti composti: a) b) c) ( ) d) e) 5. ome potete preparare i seguenti composti, a partire da ioduro di metile e reagenti opportuni: a) metilpentanolo; b) etanolo; c) pentanolo; d) 1feniletanolo; e) 1fenil butanolo. 5. Indicate come si possono effettuare le seguenti trasformazioni: a) da benzaldeide a 1fenil1 butanolo; b) da cicloesanone a 1butilcicloesanolo; c) da 1butino a pentin1olo; d) da bromobenzene ad alcool benzilico.
54. Da quali composti i seguenti alcooli si possono ottenere per riduzione con ab 4 : 1propanolo, cicloesenolo, 1cicloesiletanolo. 55. a) on quale reattivo di Grignard si possono effettuare le seguenti trasformazioni: metanale in alcool benzilico; cicloesanone in 1propilcicloesanolo. b) Dire quali tra i seguenti composti non possono essere usati in una sintesi di Grignard? (Attenzione: un reattivo di Grignard è sostanzialmente un carbanione e quindi una base forte...) idrossibutanale, ossobutanale, fenilpropanale, pamminobenzaldeide, pentandiale, cicloesanone. SPETTSPIA 56. Dalle bottiglie che contenevano due composti, un aldeide ed un chetone, entrambi di formula molecolare 8 8, si sono staccate le etichette. I composti sono stati provvisoriamente chiamati A e B e si sono fatti gli spettri riportati di seguito. Sulla base degli spettri, identificate i composti e... rimettete a posto le etichette. A cm 1 B
19/05/014 Esercitazione n. 16 eazioni e meccanismi di aldeidi e chetoni. B. Questo esercizio va affrontato DP aver studiato il capitolo (a dir la verità, anche gli altri!) 1. Dare la definizione ed un esempio per ciascuno dei seguenti termini: a) chetone omposto con gruppo funzionale =, con le altre due valenze libere scambiate con atomi di b) aldeide c) forma enolica d) ione enolato e) tautomeria omposto con gruppo funzionale =, con almeno una delle altre due valenze libere scambiate con un atomo di omposto con gruppo funzionale =, in equilibrio tautomerico con = Base coniugata dell enolo (e del composto carbonilico) = = Equilibrio tra specie in cui si sposta un f) tautomero iascuno dei composti in equilibrio tautomerico g) idrogeno enolizzabile in alfa al carbonile, che può essere strappato da una base, dando uno ione enolato h) cianidrina i) immina omposto contenente e legati allo stesso (da aldeide o chetone e ) omposto contenente = (da aldeide o chetone e ammoniaca o ammina primaria) j) ossima omposto contenente = (da aldeide o chetone e idrossilammina, ) k) fenilidrazone omposto contenente =Ph (da aldeide o chetone e fenilidrazina, Ph ) l) enammina m) acetale omposto contenente = (da aldeide o chetone e ammina secondaria) omposto contenente due gruppi legati allo stesso sp (da aldeide o chetone e in ambiente acido anidro) n) emiacetale omposto contenente un gruppo ed un gruppo legati allo stesso sp (da aldeide o chetone e ) 1
19/05/014 o) 1,ditiano (= 1,ditiacicloesano) Tioacetale ciclico da composto carbonilico e 1,propanditiolo p) saggio di Tollens eazione di identificazione del gruppo aldeidico: ossidazione ad opera di Ag che, riducendosi ad Ag dà uno specchio q) riduzione di WolffKishner eazione di riduzione del gruppo carbonilico a, in ambiente basico (fenilidrazina,, a caldo) r) riduzione di lemmensen eazione di riduzione del gruppo carbonilico a, in ambiente acido (Zn in g, l). ompletare le equazioni chimiche per le reazioni del propanale con ciascuno dei seguenti reagenti: a) ab 4 (e poi ) a. ab 4 b. b) bromuro di fenilmagnesio e poi acqua e Br a. MgBr b. c),,
19/05/014 d) 1,etandiolo, in ambiente acido e) bromo, in acido acetico Br, f) idrossilammina g) fenilidrazina h) dietilammina i) KMn 4, KMn 4, j) con piperidina (= azacicloesano) k) con pirrolidina (= azaciclopentano)
19/05/014. Scrivere i prodotti che si ottengono per ciascuna delle seguenti reazioni della pmetilbenzencarbaldeide: a) con aldeide acetica (= etanale), in ambiente basico b) con a concentrata a c) con KMn 4, a freddo KMn 4, a freddo ondizioni blande: avvengono SL le reazioni più facili d) con KMn 4, a caldo KMn 4, a caldo ondizioni energiche: avvengono TUTTE le reazioni possibili e) con etanammina 4
19/05/014 4. ompletare le seguenti reazioni del cicloesanone, specificando i nomi dei composti organici che si ottengono: a) con,dimetil1,propandiolo, in ambiente acido; b) con idrossilammina; c) con 1,etandiolo, in ambiente acido; d) con LiAl 4 e poi acqua e acido. acetale 1. LiAl 4. cicloesanolo ossima acetale 5. Scrivere i prodotti che si ottengono da ciascuna delle seguenti reazioni dell'acetofenone (= feniletanone): a) con cloro (in eccesso), in ambiente basico l (eccesso), l b) con ab 4, e poi acqua 1. ab 4. c) con e S 4 S 4 d) con idrazina 5
19/05/014 e) con idrazina, in ambiente basico, a caldo, Δ f) con bromuro di fenilmagnesio, e poi acqua e Br MgBr 1.., Br g) con iodio, in ambiente basico I, base I h) con Zn(g) e l Zn(g), l 6. Scrivere i prodotti delle reazioni del ciclopentanone con: a) bromo in acido acetico; b) ab 4 e successiva idrolisi; c) fenilidrazina; d) bromuro di isopropilmagnesio e poi acqua, ; e) idrazina, in ambiente basico a caldo. Br Br,, Δ 1. ab 4. 1. MgBr., Br 6
19/05/014 7. ompletare le seguenti reazioni, specificando i nomi dei composti organici che si formano: a) cicloesancarbaldeide b) ciclopentanone a S 4 cianidrina cicloesilidrossietanonitrile a S 4 c) aldeide benzoica metanammina cianidrina 1idrossiciclopentancarbonitrile immina metilimmina della benzencarbaldeide d) ciclopentanone anilina immina e) ciclopentanone piperidina (= azacicloesano) f) 4metilpentenone metanammina enammina addizione 1, addizione 1,4 enolo 7
19/05/014 8. Per ciascuno dei seguenti composti indicare il gruppo funzionale e scrivere le reazioni di idrolisi completa a) emiacetale b) acetale c) acetale d) acetale f) e) acetale emiacetale d) 1 4 6 5 = 1 4 6 5 immina h) diimmina 8
19/05/014 9. Scrivere le reazioni per la formazione di emiacetali in soluzione acquosa di: Scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo per la formazione di acetali con metanolo, a partire dagli emiacetali precedenti a) 5idrossiesanone, 5 5 b) 1,,4,5,6pentaidrossiesanone, 5 6 5 6, c) 5idrossipentanale 5, 1 d),4diidrossipentanale 4 1, 10. Scrivere le reazioni del cicloesanone con i seguenti reagenti: a) metanammina, in ambiente acido; b) metanolo, in ambiente acido anidro; c) idrossilammina, in ambiente acido; d) 1,etandiolo, in ambiente acido; e) fenilidrazina, in ambiente acido; f) bromuro di fenilmagnesio, e poi acqua acida; 1. MgBr., g) reattivo di Tollens; d) acetiluro di sodio e poi acqua acida; i) cianuro di sodio e poi acqua acida; j) idrazina e poi K, a caldo. ESSUA EAZIE Ag( ) 1.. 1.. K, Δ a 9
19/05/014 11. Scrivere le reazioni della cicloesancarbaldeide con i seguenti reagenti: a) bromuro di fenilmagnesio, e poi acqua acida; b) reattivo di Tollens; c) etanolo, in ambiente acido anidro; d) 1,propanditiolo, in ambiente acido anidro; e) amalgama di zinco in l acquoso; f) fenilidrazina, in ambiente acido. 1. MgBr. Ag( ) Zn(g), l Ag 1.. S S S S 1. Scrivere tutti i passaggi della reazione di Wittig servendosi di: a) trifenilfosfina, 1bromopropano, butillitio, benzaldeide PPh Br Li Br PPh butano PPh PPh P Ph P= b) trifenilfosfina, iodopropano, idruro di sodio, propanale Br PPh PPh PPh Br a PPh Ph P= 10
19/05/014 1. Le seguenti reazioni sono usate per l'identificazione e l'analisi di aldeidi e chetoni. Scrivere le reazioni corrispondenti: a) butanone,4dinitrofenilidrazina b) benzaldeide reattivo di Tollens Ag( ),4dinitrofenilidrazone Ag c) cicloesanone Br, Br Br 14. ompletare le seguenti reazioni: a), i b), Pt c) KMn 4 15. Scrivere i prodotti (specificandone il nome) delle seguenti reazioni: a) ciclopentanone ab 4 e successiva idrolisi 1. ab 4. ciclopentanolo b) benzaldeide a, l al l fenilidrossietanonitrile 11
19/05/014 c) pentanale a, d) 4esenale metanolo e l anidro 1 7 6 5 4 idrossipropileptanale dimetil acetale del 4esenale d) 1,diossaciclopentano, (ATTEZIE: il gruppo funzionale è del tipo ()!) 16. ompletare la seguente serie di reazioni: benzene l All, a caldo B; B KMn 4, a caldo. All l, Δ (A) KMn 4 (B), Δ () 17. a) Scrivere il meccanismo della reazione tra idrossilammina ed un composto carbonilico. b) Prevedere, spiegando, l'ordine di reattività delle seguenti aldeidi nei confronti dell'idrossilammina: benzaldeide, pnitrobenzaldeide, m nitrobenzaldeide. lento stadio lento attacco di u favorito da sostituenti ad attrazione elettronica > > I, I 1
19/05/014 18. a) Mettere i seguenti composti in ordine di reattività nei confronti della reazione con idrazina (spiegare): benzaldeide, pmetilbenzaldeide, pmetossibenzaldeide. per la reattività bisogna considerare lo stadio lento! lento stadio lento attacco di u favorito da sostituenti ad attrazione elettronica > > I > I b) Mettere i seguenti composti inordine di reattività nei confronti della reazione con,4dinitrofenilidrazina: pentanone, pentanone, cloropentanone, pentanale (spiegare). lento stadio lento attacco di u favorito da sostituenti ad attrazione elettronica da sp a sp risente di effetto sterico > > l > 1
19/05/014 19. a) Scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo della reazione che avviene tra etanale e metanolo, in presenza di acidi. b) Spiegare come varia la reattività se con metanolo si fa reagire l'aldeide tricloroacetica. lento stadio lento attacco di u favorito da sostituenti ad attrazione elettronica l > I dei l 1. a) L'1fenilpropanone può dare due enoli diversi. a) Scrivere le strutture degli enoli. b) Prevedere quale sarà presente all'equilibrio in quantità maggiore. c) Scrivere il meccanismo di formazione dell'enolo in uno dei due casi. più stabile perché coniugato con l'anello benzenico 4. Il 4idrossibutanale esiste in soluzione essenzialmente in forma ciclica. a) he tipo di composto è? b) Scrivere l'equilibrio tra la forma aperta e la forma ciclica. c) Scrivere il meccanismo relativo alla ciclizzazione. emiacetale 14
19/05/014 7. Quando il cis,4dimetilcicloesanone si scioglie in etanolo acquoso contenente una traccia di a, si ottiene una miscela di isomeri cis e trans. Spiegare, servendosi del meccanismo. ella forma enolica si perde la configurazione del 8. a) La pnitrobenzaldeide viene riscaldata in presenza di una base forte. Scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo della reazione. Equazione Δ Meccanismo: b) La benzaldeide viene fatta reagire con etanale in ambiente acquoso basico. Scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo della reazione, spiegando la funzione della base e dei due carbonili. è il sito di attacco genera il nucleofilo del nucleofilo stabilizza il carbanione 15
19/05/014 9. a) Scrivere l'equilibrio che si stabilisce quando si scioglie l'etanale in acqua. b) Etanale, tricloroetanale ed acetone si sciolgono in acqua: stabilire l'ordine decrescente di stabilità degli addotti che si formano. Spiegare, sulla base del meccanismo. L'addotto più stabile è quello che corrisponde all'equilibrio più spostato a destra, cioè al composto carbonilico più reattivo ALDEIDI PIU' EATTIVE DI ETI (per effetto sterico e I del secondo alchile) eazione favorita da sostituenti ad attrazione elettronica > > l I di l. a) Scrivere le equazioni chimiche della reazione del cicloesanone con le seguenti ammine: metanammina dimetilammina piperidina (azacicloesano, 6 11 ) 16
19/05/014 pirrolidina (azaciclopentano, 4 9 ) b) Se si tratta con pirrolidina l'1fenilpentanone si forma una sola delle due enammine regioisomere. Indicare quale e spiegare perché. perché l alchene è coniugato 4. a) Scrivere gli equilibri tautomerici per i seguenti composti: cicloesanone feniletanone 1,cicloesandione,5pentandione,4pentandione b) Scrivere equazione chimica e meccanismo per la clorurazione promossa da basi di ()1fenilmetil1butanone. :B l l B l () ( S) 17
19/05/014 c) Scrivere gli equilibri tautomerici per i seguenti composti carbonilici ed il meccanismo di formazione in ambiente acido e basico: ossobutanale, metil,4pentandione, acetilcicloesanone... :B B A A A 7. a) I metilchetoni vengono ossidati dagli ipoalogeniti (reazione dell'aloformio): scrivere l'equazione chimica ed il meccanismo della reazione tra feniletanone ed ipoclorito di sodio [ricordarsi che l'ipoclorito in ambiente basico è in equilibrio con cloro]. l l l b) Dire quali dei seguenti composti danno un saggio dello iodoformio positivo: iodoetanale; propanale, butanolo, feniletanone, metilpentanone. I SI l SI SI 18
19/05/014 c) Da quale metil chetone si è ottenuto ciascuno dei seguenti acidi, in seguito a reazione dell'aloformio: ( ) era il del metilchetone 8. Il testosterone (un ormone sessuale) contiene un raggruppamento = =, α,β insaturo. Perché sia il carbonio carbonilico che il carbonio in beta sono suscettibili di attacco da parte dei reagenti nucleofili? 9. a) Indicare nelle seguenti strutture i gruppi emiacetale ed acetale: acetale emiacetale acetale acetale b) Da quali alcooli ed aldeidi o chetoni si deve partire per ottenere i composti in (a)? Scrivere le reazioni. emiacetale emiacetale emiacetale 19
19/05/014 44. Dire quale tra i seguenti composti dà un saggio di Tollens positivo: SI acetale emiacetale SI 47. Scrivere le strutture dei seguenti derivati di composti carbonilici: a) il,4dinitrofenilidrazone della benzencarbaldeide b) l'ossima del ciclopropanone c) l'acetale etilenico del esanone (ciclico!) d) il dimetilacetale dell'etanale e) il metil emiacetale del metanale f) l'isomero E dell'immina dell'1fenil1propanone E 0
19/05/014 51. ome si possono preparare i seguenti composti: enammina immina enammina enammina 54. Da quali composti i seguenti alcooli si possono ottenere per riduzione con ab 4 : 1propanolo, cicloesenolo, 1cicloesiletanolo. ab 4 1propanolo cicloesenolo 1cicloesiletanolo 1
AIDI ABSSILI e DEIVATI 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
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 1701700 cm 1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione tra 10 e 110 cm 1 acido butanoico
I ESTEI 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 16701640 cm 1. stretching 500100 cm 1 ( hanno due bande) propanammide
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
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 180160 ppm acetato di etile acido butanoico anidride propanoica propanammide 5
1 M L effetto I dell diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1 sul adiacente: deschermato da,0,5 ( ) fino a (, ) δ (negli acidi arbossilici) fortemente deschermato: 1015 δ; protone mobile, scambia con D (nelle ammidi) deschermato e molto allargato: 67 δ; protone mobile, scambia con D acido butanoico acido benzencarbossilico acetato di etile propanammide metiletanammide anidride benzoica 6
AIDI ABSSILI e DEIVATI sp δ δ acido aratteristiche: acido u: Acidità del legame Il del carbossile subisce attacco da parte dei nucleofili I protoni in α al carbossile sono relativamente acidi e possono essere sostituiti sp gruppo uscente Y δ δ aratteristiche: sull' del carbonile (o sull' del nitrile) si ha protonazione I protoni in α al carbonile sono relativamente acidi e possono essere strappati con basi forti Qualche reazione caratteristica delle ammidi avviene sull' acido u: eazione caratteristica SSTITUZIE ULEFILA sp δ δ (la sostituzione nucleofila può avvenire con meccanismo base o acidocatalizzato) acido u: 7
Meccanismo: u: u lento Y Y sp sp (trigonale planare) (tetraedrico) u sp (trigonale planare) SSTITUZIE ULEFILA AL ABI AILI Principali nucleofili: :u =,,,,, S, u: =,, < < < < ' S' l reattività crescente Questo ordine di reattività è il risultato di più fattori Basicità del gruppo uscente meno basico: miglior gruppo uscente isonanza Basicità: < < () < l capacità come gruppo uscente però non può essere solo questo, perché il gruppo esce DP lo stadio lento l l S' S' ' il contributo della struttura di risonanza a separazione di carica diminuisce la bontà del gruppo uscente ed è tanto maggiore quanto migliore è la sovrapposizione degli orbitali (cioè con gli elementi della stessa riga). ' 8
Effetto induttivo Maggiore è l effetto ad attrazione elettronica, più positivo è il carbonilico più facile è l attacco del nucleofilo EATTIVITA ESETE l ' oppure EATTIVITA ESETE l " " ' EATTIVITA ESETE l ' 9
1. EAZIE u = a) Alogenuri acilici l : lento l l Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo b) Esteri Gli esteri sono meno reattivi degli alogenuri acilici: l acqua da sola non reagisce), oppure, In ambiente basico u = lento : ' ' ' reazione acidobase ' L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo In ambiente acido u = ' ' ' lento ' : ' ' ' Processo EVESIBILE Questo significa che in ambiente acido si può idrolizzare un estere ad acido carbossilico L'idrolisi acida degli esteri è praticamente insensibile agli effetti elettronici dei sostituenti; è invece sensibile agli effetti sterici ATTEZIE Questa insensibilità agli effetti elettronici (induttivo e coniugativo) dei sostituenti è una caratteristica SL dell IDLISI AIDA degli ESTEI è il risultato di effetti opposti, praticamente uguali 10
Lo stadio lento è l attacco del nucleofilo sull estere protonato: dipende quindi dalla sua concentrazione, che, a sua volta, dipende dalla basicità dell estere K = [()' ] [ '][ ] [()'] = K [ '][ ] v = k[()' ] = kk [ '][ ] La reattività dipende dalla costante di velocità dello stadio lento (k) E dalla costante di equilibrio acidobase preliminare (K) k K l'attacco del nucleofilo è favorito dai sostituenti ad attrazione elettronica la protonazione di una base è sfavorita dai sostituenti ad attrazione elettronica Solo nel caso dell'idrolisi acida degli esteri gli effetti hanno valori molto simili, cioè la sensibilità della protonazione e dell'attacco nucleofilo all'effetto dei sostituenti è praticamente la stessa. Essendo di segno opposto, gli effetti si annullano. c) Ammidi Le ammidi sono ancora meno reattive: l acqua da sola non reagisce), oppure, In ambiente basico u = : lento i sono solo ATTIVI gruppi uscenti, e, ma è più AID di : reazione acidobase L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo 11
In ambiente acido u = lento : 4 L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo d) Anidridi u = Le anidridi sono più reattive di esteri ed ammidi: basta l acqua da sola : e) itrili L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo I nitrili sono poco reattivi (meno delle ammidi): l acqua da sola non reagisce), oppure, 1
In ambiente acido u = : lento : tautomeria PSEGUE con l'idrolisi acida delle ammidi : 4 L'ultimo passaggio rende IEVESIBILE l'intero processo Sostituenti ad attrazione elettronica su FAILITA l'attacco del nucleofilo. EAZIE ALLI a) Acidi carbossilici In ambiente acido u = lento : ' ' ' ' ' ' La reazione intramolecolare è facile, se si formano anelli stabili (5 e 6 termini) : γ Δ γlattone 1
: δ Δ δlattone se l' è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della chiusura di un anello teso β Δ βeliminazione α Δ lattide se l' è più lontano dal carbossile, il prodotto dipende dalle condizioni di reazione in soluzione molto diluita: in soluzione concentrata: Δ Δ n ( ) n n b) Alogenuri acilici.. ' l lento l ' l ' E opportuno effettuare la reazione in presenza di una base (per l) 14
es.: l l c) Anidridi.. ' ' ' ' ' d) Esteri TASESTEIFIAZIE In ambiente basico u = ' :" lento " ' " ' In ambiente acido u = ' " ' ' lento : " ' " ' " " " ' " 15
e) Ammidi Essendo meno reattive, richiedono condizioni di reazione troppo energiche per essere utili. EAZIE AMMIAA ED AMMIE a) Acidi carbossilici con : 4 reazione acidobase Scaldando il carbossilato di ammonio solido: 4 (solido) Meccanismo: : 4 Δ con ammine primarie (solido) Δ Meccanismo: 16
con ammine secondarie : (solido) Δ Meccanismo: : Se si ha un amminoacido con il gruppo amminico in γ o δ al carbossile, la reazione è intramolecolare (si formano anelli a 5 o a 6 termini) γ Δ γlattame Δ δ δlattame se l è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della chiusura di un anello teso β Δ βeliminazione 17
b) Alogenuri acilici Meccanismo: l : lento l l l l : 4 l ' ' l ' l '" '" l ' " c) Anidridi : 4 18
' ' " ' '" ' ''' ' ''' Le anidridi cicliche danno immidi.. 4 anidride ftalica Δ ftalimmide base debole, acido.. :B B d) Esteri lento : ' ' ' ' Gli esteri sono meno reattivi di alogenuri acilici e anidridi e perciòbisogna scaldare ' Δ " " ' ' " ''' Δ ' " ''' 19
4. EAZIE AIDI ABSSILII E ABSSILATI on questi nucleofili possono reagire solo I derivati acilici più reattivi a) Alogenuri acilici l l l l es: l l l neutralizzato con una base man mano che si forma l b) Acidi carbossilici (SL con acidi bicarbossilici in grado di formare anelli stabili) Δ. EAZIE TILI a) Alogenuri acilici ' S l l ' S l es: S l S l S' 0
icapitolando: l l: I> ottimo gruppo uscente (idem Br) reagisce anche con nucleofili deboli (oltre a quelli forti): acqua, alcooli, acidi carbossilici, ammine, tioli : I< buon gruppo uscente ' reagisce anche con nucleofili deboli (oltre a quelli forti): acqua, alcooli, ammine : I< con I minore e maggiore rispetto alle anidridi cattivo gruppo uscente reagisce solo con nucleofili molto forti (o se reso miglior gruppo uscente dalla protonazione): idrossido, alcossidi, ammine (in presenza di : acqua, alcooli) '' ' : I< con I minore e maggiore rispetto agli esteri pessimo gruppo uscente reagisce solo con nucleofili molto forti (o se reso miglior gruppo uscente dalla protonazione):, e 6. EAZIE MPSTI GAMETALLII con reattivi di Grignard e litioorganici a) Esteri MgX δ δ ' " MgX ' " ' "MgX da qui prosegue la reazione dei chetoni MgX δ δ, ' MgX ' ' i chetoni sono più reattivi degli esteri e perciò si arriva all'alcool terziario es.: MgBr, MgBr 1
' " δ Li δ Li ' " ' "Li da qui prosegue la reazione dei chetoni δ Li δ, ' Li ' b) loruri acilici MgX δ δ ' l MgX ' l ' ' MgXl con accorgimenti sperimentali, è possibile fermare la reazione alla formazione del chetone, altrimenti, si arriva ad alcool terziario δ MgX δ, ' MgX ' ' ' l Li δ Li δ ' l ' Lil ' Li δ δ, Li ' ' con cadmioorganici e cuprati organici Per fermare la reazione a chetone si devono usare: composti organometallici meno reattivi solo con i cloruri acilici MgX dl d Mgl MgX ( =, alchile primario, fenile) esempio: MgBr dl d
d l l ' l δ δ uli ' l ' es.: l ( ) uli l ( ) uli 78 (feromone delle formiche) 9% IDUZII a) on idruro LiAl 4 LiAl 4 l ' LiAl 4 LiAl 4 LiAl 4
Meccanismo: Al (Li ) (Li ) Al Y = l, ', Al : Y Y : Y Y = Y : : : : Diminuendo la reattività dell'idruro è possibile fermare ad aldeide la riduzione dei LUI AILII [( Li ) ] Al l es.: l [( Li ) ] Al 4
b) on idrogeno e catalizzatore, Pt on catalizzatore disattivato è possibile fermare ad aldeide la riduzione degli ALGEUI AILII Pd, BaS 4 l Pd, chinolina es.: l Pd EAZII SPEIFIE DELLE SIGLE LASSI DI GUPPI FUZIALI 1. Acidi carbossilici (a) trasformazione del gruppo in buon gruppo uscente cattivo gruppo uscente Per trasformarlo in buon gruppo uscente si possono utilizzare i reagenti che trasformano in l on agenti alogenanti l Sl l S l Pl 5 l Pl l Pl P() esempi: l S l l l S 5
Pl 5 l l Pl Pl l P() Meccanismo con Sl : l S l S l l S l l S S l on diazometano:.. : : : reazione acidobase u sp ottimo gruppo uscente on diazometano si formano esteri metilici on dicicloesilcarbodiimmide, D u.. ' ' Addizione nucleofila buon gruppo uscente ' ' reazione acidobase 6
dicicloesilurea La D permette di ottenere ammidi dagli acidi carbossilici in condizioni molto blande b) reazione in posizione α PBr, Br oppure P Br Br αalogenazione eazione VZ (ellvolhardzelinski) Meccanismo:.. PBr Br Br gli alogenuri acilici enolizzano più facilmente degli acidi carbossilici Il = addiziona Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Quando si lavora la reazione (aggiunta di acqua), il bromuro acilico è più reattivo di quello alchilico. ppure si possono aggiungere nucleofili Br Br Br, Br Br 7
. Esteri on alcossido (condensazione di laisen) a L alcossido DEVE essere identico al gruppo dell estere Meccanismo: (a ) a E reazione acidobase u (equilibrio spostato a sinistra) (equilibrio spostato a sinistra) : più acidi di quelli dell estere di partenza (equilibrio spostato a destra) (a ) E' possibile la condensazione incrociata, quando un solo estere ha in α: 1. a. qualsiasi carbanione è in grado di dare condensazione a ( ) (a ) ( ) ( ) 8
. Ammidi on anidride fosforica, P 5 on con Br a (Trasposizione di ofmann) Br 4 a abr a (oppure abr, ) meccanismo Br Br Br Br bromoammide Br Br...... Br.. nitrene.... isocianato Br 9
DEABSSILAZIE a) da carbossilati di metalli pesanti (reazione di unsdiecker) Ag Ag g g ) Pb( ) 4 Pb 4 ) 4 Ag Br (o I ) Δ Br ( I) meccanismo: Br Br Br acil ipobromito inizio....... Br.. : : :... : Br....... radicale carbossilato : :.. propagazione..... Br Br..... 0
b) da βchetoacidi Δ Δ # in ambiente basico: b) da acidi βdicarbossilici Δ # la decarbossilazione è favorita da sostituenti ad attrazione elettronica 1
SITESI "AETAETIA" Sfrutta l'acidità degli in mezzo a due e la facile decarbossilazione dei βchetoacidi : ecc. a " " " (a ) c'è ancora un acido (meno di prima ) ( ) K : (K ) " sostituzione nucleofila 1 X al saturo, 1 " idrolisi " basica 1 X sostituzione nucleofila al saturo, " idrolisi " basica neutralizzazione (acidobase) " Δ decarbossilazione 1.. Δ " 1 " Scegliendo opportunamente il reagente X, si possono ottenere chetoni con un altro gruppo funzionale X = αalogenoesteri : Br β β 1. a,. α γ Δ γchetoacido
X = αalogenochetoni : 1. a, Br. Δ α β γdichetone X = alogenuri acilici on si può usare come base a in, perché l'alogenuro acilico è molto reattivo (e reagisce con l etossido ed anche con l'etanolo) a : l 1. a, Δ. βdichetone on una base molto forte (ammide di sodio o di potassio) si possono strappare due protoni. Il dianione può essere fatto reagire con un equivalente di alogenuro alchilico K : K : 4 l X.. per la neutralizzazione conviene usare l'acido coniugato del solvente il βchetoestere con catena allungata può essere utilizzato in tutte le reazioni viste in precedenza
SITESI "MALIA" Sfrutta l'acidità del metilene tra due funzioni esteree e la facile decarbossilazione degli acidi βdicarbossilici : propandioato dietilico (malonato dietilico) "estere malonico" : X 1., Δ X. acido acetico αsostituito ( ) K : ' X 1., '.. Δ, ' acido acetico α,αdisostituito La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il ossobutanoato di etile (estere acetoacetico) alogenuri alchilici, alogenuri acilici, αalogenochetoni, αalogenoesteri altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica: X = α,ωdialogenoalcani a a : 4
( ) K : ' X 1., '.. Δ, ' acido acetico α,αdisostituito La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il ossobutanoato di etile (estere acetoacetico) alogenuri alchilici, alogenuri acilici, αalogenochetoni, αalogenoesteri altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica): X = α,ωdialogenoalcani a a : a) in eccesso di estere : Br ( ) : n Br ( ) n 1), Δ ( ) ( ) n n ) acido bicarbossilico b) in quantità equimolari : Br ( ) n Br ( ) Br n : ( ) n Br ( ) 1) n, Δ ( ) ( n ) n ) n =,,4,5 acidi cicloalcancarbossilici 5
IMIA GAIA I orso di laurea in IMIA, IMIA APPLIATA, SIEZA DEI MATEIALI Esercitazione n. 17 eazioni di acidi carbossilici e derivati. TEMII ED AGMETI DA SEE PE L SVLGIMET DEGLI ESEIZI DI QUEST FGLI: Meccanismo di sostituzione nucleofila al carbonio acilico. eazioni degli acidi carbossilici: riduzione, conversione in alogenuri acilici, in anidridi, in esteri (formazione di lattoni e lattidi), in ammidi (formazione di lattami). eazioni degli alogenuri acilici: conversione in acidi, in anidridi, in esteri, in ammidi, in tioesteri; riduzione (con LiAl 4 e con, Pd/BaS 4 ). eazioni delle anidridi: conversione in acidi carbossilici, in esteri, in ammidi ed immidi. eazioni degli esteri: idrolisi acida e basica; transesterificazione; conversione in ammidi; riduzione. eazioni delle ammidi: idrolisi basica ed acida; conversione in nitrili, in ammine (riduzione,). eazioni dei nitrili: idrolisi acida, riduzione. eazioni specifiche delle singole classi: acidi carbossilici (αalogenazione; reazione con diazometano; reazione con D); cloruri acilici (reazioni con composti organometallici [reattivi di Grignard, cadmioorganici]; esteri (reazione con i reattivi di Grignard, condensazione di laisen); ammidi (trasposizione di ofmann). eazioni di decarbossilazione. Uso degli esteri acetoacetico (= ossobutanoato) e malonico (= propandioato) nella sintesi organica. PE IDAE LE EAZII 1. Scrivere i prodotti (specificandone il nome) che si ottengono quando l'acido butanoico viene fatto reagire con ciascuno dei seguenti composti: a) LiAl 4 e poi acqua; b) cloruro di benzoile; c) etanolo, in ambiente acido; d) metanammina e poi riscaldamento.. Scrivere i prodotti (specificandone il nome) che si ottengono quando il cloruro di acetile viene fatto reagire con ciascuno dei seguenti composti: a) ammoniaca (eccesso); b) acqua; c) 1butanolo, in presenza di piridina; d) toluene All ; e) e Pd disattivato; f) metanammina (eccesso); g) anilina (eccesso); h) dimetilammina (eccesso); i) etantiolo, in presenza di piridina; j) acetato di sodio; l) acido acetico; m) fenolo, in presenza di piridina.. Scrivere i prodotti (specificandone il nome) che si ottengono quando l'anidride acetica viene fatta reagire con ciascuno dei seguenti composti: a) ammoniaca (eccesso); b) acqua; c) 1propanolo; d) benzene All ; e) etanammina (eccesso); f) dietilammina (eccesso); g) cicloesanolo; h) p bromofenolo; i) piperidina (azacicloesano); j) etossido di sodio in etanolo. 4. Scrivere le reazioni del cloruro di benzoile con ciascuno dei reagenti dell Esercizio precedente. 5. Scrivere i prodotti (specificandone il nome) che si ottengono quando il propanoato di etile viene fatto reagire con ciascuno dei seguenti composti: a) acqua, ; b) acqua e ; c) 1ottanolo l; d) metossido di sodio; e) metanammina; f) LiAl 4 e poi acqua.