2 1 i prioriteti nekih Ć opadaju aldehidi i …elektron.tmf.bg.ac.rs/organskahemija/aldehidi &...
TRANSCRIPT
1
AALLDDEEHHIIDDII II KKEETTOONNII
▪ Aldehidi i ketoni – organska jedinjenja koja u svojoj strukturi sadrže karbonilnu grupu – karbonilna jedinjenja:
C O
C
O
R HC
O
R R'
.... karbonilna
grupa
. .. .
R = H alkil-grupa aril-grupa
RCHOopštaformula:
ALDEHID
strukturnaformula:
. .. .
R,R' = alkil-grupa aril-grupa
RR'COopštaformula:
KETON
strukturnaformula:
▪ Karbonilna grupa daje glavne fizičke i hemijske karkteristike aldehidima i ketonima!
2
OPADAJUĆI PRIORITETI NEKIH FUNKCIONALNIH GRUPA
Klasa jedinjenja Sufiks Prefiks Primer
1 Katjoni -onijum -onio- +NH4 amonijum
2 Karboksilne kiseline
-ska kiselina karboksi- C OH
O
CH3
: :
..
..
etanska k.
3 Anhidridi karb.k.
anhidrid -ske k.
––– C O
O
CH3 C
O
CH3
: :....
: :
anhidrid etanske k.
4 Estri alkil-oat alkoksikarbonil- C O
O
CH3 CH3
: :
..
..
metil-etanoat
5 Alkanoil- -halogenidi
-oil- -halogenid
halogenkarbonil- C Cl
O
CH3
: :
..
..:
etanoil-hlorid
6 Amidi -amid karbamoil- C NH2
O
CH3
: :..
etanamid
7 Nitrili -onitril cijano- C NCH3CH2 :
propanonitril
8 Aldehidi -al formil- C H
O
CH3CH2
: :
propanal
9 Ketoni -on okso- C CH3
O
CH3
: :
propanon
3
OPADAJUĆI PRIORITETI NEKIH FUNKCIONALNIH GRUPA – NASTAVAK
Klasa jedinjenja
Sufiks Prefiks Primer
10 Alkoholi Fenoli
-ol hidroksi- CH3CH2CH2 OH....
1-propanol
11 Tioli -tiol merkapto- CH3CH2CH2 SH....
1-propantiol
12 Amini -amin amino- NH2CH3CH2CH2
..
1-propanamin
alkoksi- 13 Etri -etar
oksa-
CH3CH2 O CH2CH3
....
etoksietan dietil-etar
alkiltio- 14 Sulfidi -sulfid
tia- CH3 S CH3
..
.. dimetil-sulfid
15 Alkeni -en alkenil- C C
CH3
HH
H
propen
16 Alkini -in alkinil- C C CH3CH3
2-butin
17 Halogenidi -halogenid halo- CH3CH2CH2 Br.... :
1-brompropan
18 Nitro ––– nitro- CH3CH2CH2 NO2 1-nitropropan
19 Alkani -an alkil- CH3CH2CH3 propan
4
NOMENKLATURA ALDEHIDA I KETONA
Aldehidi 1) Uobičajena (trivijalna) imena aldehida su izvedena iz uobičajenog imena karboksilne kiseline koja nastaje oksidacijom dotičnog aldehida, zamenom kiselinskog završertka izrazom "aldehid." ▪ Položaj supstituenata u odnosu na aldehidnu grupu se označava grčkim slovima: α, β, γ, δ itd.
2) IUPAC–ovom nomenklaturom aldehidi se tretiraju kao derivati alkana – ALKANALI. ▪ Imenu alkana (najduži niz C–atoma u kome se nalazi aldehidna grupa CHO) dodaje se nastavak "al". ▪ Položaj supstituenata u odnosu na aldehidnu grupu se označava brojevima. ▪ Karbonilni C–atom je uvek C–1!!! ▪ Jedinjenja kod kojih je –CHO grupa vezana direktno za prsten, nazivaju se KARBALDEHIDI.
5
C
O
H HC
O
H CH3CH2
C
O
H
Cl
CH2CH
O
C
O
H
C
H
O
OH
CHO
H
OOH
H
O
H
O
O
H
(formaldehid)
CH3
(acetaldehid) (propionaldehid)
(γ-hlorbutiraldehid)
CH2CH2CH2CHO
metanal etanal propanal
4-hlorbutanal
αβγ
34 12
(fenilacetaldehid)2-feniletanal
cikloheksankarbaldehid
(benzaldehid)
benzenkarbaldehid
(o-hidroksibenzaldehid salicilaldehid)
2-hidroksibenzenkarbaldehid
(E)-3-hidroksi-4-metil-4-heksenal
12
5 346
pentandial
propenal(akrolein)
6
Ketoni 1) Uobičajena (trivijalna) imena ketona: prvo se navode 2 supstituentske grupe (alkil- ili aril-), a zatim se na kraju doda reč "keton". ▪ Imena fenil-ketona (karbonilna grupa je vezana direktno za benzenovo jezgro) završavaju se nastavkom "fenon".
2) IUPAC–ovom nomenklaturom ketoni se tretiraju kao derivati alkana – ALKANONI. ▪ Najduži niz se numeriše tako da karbonilna grupa ima najmanji mogući broj, bez obzira na prisustvo ostalih supstituenata ili grupa manjeg prioriteta. ▪ Ciklični ketoni su CIKLOALKANONI. ▪ Karbonilni C–atom u prstenu je uvek C–1!!!
7
CH2CCH3
OO
Cl
C
O
CH3
C
O
CH3
O
C
O
ONO2
OOHCH3
O
O
(dimetil-keton)
(benzil-metil-keton)
CH3
(acetofenon) (propiofenon)
(benzofenon)
(3-nitro-4'-metilbenzofenon)
1
2 3
4
56
1'
2'3'
4'
5' 6'
2-propanon
(Z)-5-hlor-4-heksen-2-on1-fenil-2-propanon
1-feniletanon 1-fenil-1-propanon
difenilmetanon
(4-metilfenil)(3-nitrofenil)metanon
(aceton)
12
3
45
6
1
2
34
5
2-hidroksi-5-metilciklopentanon
4-oktin-2,6-dion
12
34
56 8
7
▪ Ako osnovno jedinjenje sadrži funkcionalnu grupu koja ima veći prioritet:
□ kao supstituent –CHO grupa se zove "formil" □ kao supstituent C=O grupa se zove " okso " ▪ Aldehidna grupa (–CHO) ima manji prioritet od karboksilne grupe (–COOH)!!!
8
C
O
R
C
O
CH3
▪ Sistematsko ime fragmenta je "alkanoil".
▪ Za IUPAC zadržava uobičajeno ime "acetil".
CHO
COOH
CHO
COOH
O
COOH
COOH
CHO O
OO
H
COOH
O
OHC
O
COOH
OHC
O
4-formilcikloheksan-karboksilna kiselina
4-formilbenzen-karboksilna kiselina
1
2
3
4
1
2
3
4 4
12
3
4-okso-2-cikloheksen-karboksilna kiselina
CH2CCH3
4-formil-3-(2-oksopropil)-benzenkarboksilna kiselina
3-oksobutanal
12
3
1
2
3
4
44
1
2
3CCH3
2-acetil-4-formil-3-okso-ciklopentankarboksilna kiselina
45
12
3CCH2CH3
2-formil-5-propanoil-cikloheksankarboksilna kiselina
9
STRUKTURA KARBONILNE GRUPE
C OR'
RC
R'
R120 o
δ δ+ _
O:....
..
....
p orbitala
sp2 orbitala120 o
▪ C i O su sp2 hibridizovani1 – nalaze se u istoj ravni kao i dodatne 2 grupe na ugljeniku, sa uglovima veza ≈ 120°. ▪ Elektroni C=O drže zajedno atome različite elektronegativnosti – π–oblak je pomaknut više ka elektronegativnijem O.
C O C OC O
δ δ+_
....
... .
+_
..:
..
elektrofilan
nukleofilan i slabo bazan
polarizovana veza
▪ C=O veza karbonilne grupe je POLARIZOVANA – delimično "+" šarža (δ+) je na C, a delimično "–" šarža (δ–) je na O – C je ELEKTROFILAN, a O je NUKLEOFILAN i SLABO BAZAN!!!
1 2 p-orbitale su "┴" na skelet molekula, jedna od njih se nalazi na C a druga na O i grade π–vezu.
10
FIZIČKE OSOBINE ALDEHIDA I KETONA
▪ Polarna karbonilna grupa čini aldehide i ketone POLARNIM jedinjenjima! ▪ Tklj aldehida i ketona su:
□ više od Tklj UGLJOVODONIKA slične molekulske mase
(RCHO i RR'CO su polarna jedinjenja) □ niže od Tklj ALKOHOLA i KARBOKSILNIH
KISELINA slične molekulske mase (RCHO i RR'CO ne mogu da grade intermolekulske vodonične veze – H–atomi su isključuvo vezani za C–atome).
▪ Niži aldehidi i ketoni su dobro rastvorni u vodi zbog mogućnosti obrazovanja intermolekulskih vodoničnih veza sa molekulima vode:
C
O
H H
H OHHOH
C
O
CH3 CH3
H OHHOH.. .. .. ..
▪ Rastvorljivost opada sa povećanjem hidrofobnog dela moleklula – granica rastvorljivosti je kod jedinjenja sa 5 C– atoma.
Jedinjenje CH3CH2CH2CH2 OH CH3CH2CH2CHO O
CH3CCH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3
Tklj (°C) 118 76 80 36
11
SINTEZA ALDEHIDA I KETONA
1) Oksidacija alkohola
RCH2 OHN
R CH
R
OH
R
C
H
O
R
C
R
OC C C C
R CH
R
OH
R
C
R
O
1o
aldehid
PCC katalizator =
CrO3 + + HCl
2o
K2Cr2O7/H2SO4
CrO3/H2SO4
keton
R može biti alkil- ili aril-grupa
Cr(VI)-reagens je selektivnne oksiduje i veze
KMnO4/H2SO4
ili
PCC
CH2Cl2ili
2o keton
CH3CH2CH2 OH
CH3CH2
C
H
O1o
PCC
CH2Cl2
1-propanol propanal
CH3CH2 OH
CH3
CH
O1o
etanol(acetaldehid)
CrO3/H2SO4
K2Cr2O7/H2SO4
ili
etanal
Tklj = 78 oC Tklj = 20 oC
Nastali ALDEHID se mora kontinualno izvoditi izreakcione smeše.(voda prouzrokuje dalju oksidaciju, dokarboksilne kiseline)
12
CH3CH2 CH
CH3CH2
OHCH3CH2
CCH3CH2
O
2o
K2Cr2O7/H2SO4
3-pentanol 3-pentanon
2) Ozonoliza alkena
C OC CO O
CO
C CO+ O3
H2O, Zn
aldehidi i ketoniozon
alken ozonid
+
CH2
CH3CH2
CH
O
H
CH
OCH3CH2CH
1-buten
1) O3
2) H2O, Zn+
metanal(formaldehid)
propanal
CH3CH2
CH
OCCH3
CH3
CH3
CCH3
O1) O3
2) H2O, Zn+
2-propanon(aceton)
CH3CH2CH
propanal2-metil-2-penten
CH3
(CH2)4CH3C CHO
O1) O3
2) H2O, Zn
1-metilciklo-heksen
6-oksoheptanal
13
3) Hidratacija alkina ▪ Videti alkine!
C C C C
H OH
C
H
H
C
Oalkin
+ H2OHgSO4/H2SO4
vinil-alkoholMarkovnikov-ljeva adicija ENOL-oblik
KETO-oblik
(nestabilan)(stabilan)
CH3C CH
O
+ H2OHgSO4/H2SO4
CH3CCH3
propin(acetondimetil-keton)
2-propanon
CH3C CCH2CH3
OO
+ H2OHgSO4/H2SO4
CH3CH2CCH2CH3
2-pentin 3-pentanon
CH3CCH2CH2CH3+
2-pentanon
4) Hidroliza geminalnih dihalogenih derivata
R C
Cl
Cl
R' R C
OH
OH
R'
R C R'
OH2O(H)
- H2O(H) (H)
geminalni diol
ketonili
aldehidR, R' može biti alkil- ili aril-grupa
CH3 CH2Cl CHCl2CHO
Cl2hν
Cl2hν
H2O
benzaldehidtoluen benzil-hlorid benzal-hlorid
14
5) Friedel–Crafts–ovo acilovanje (alkanoilovanje) ▪ Reakcija elektrofilne aromatične supstitucije (EAS) – supstitucija H–atoma iz aromatičnog prstena alkanoil- (acil-) grupom.2
H O C
O
R
benzen
+ RCClalkanoil--hlorid
AlCl3
1-fenilalkanon
+ HCl(EAS)
H O C
O
CH3
benzen
+ CH3CCletanoil--hlorid
AlCl3
1-feniletanon
+ HCl
(acetil-hlorid) (acetofenon)
H C
O
RR C
O
OC
O
Rbenzen
+
anhidrid karboksilne kiseline
AlCl3
1-fenilalkanon
+ RCOOH(EAS)
2 ▪ Benzen reaguje sa alkanoil- (acil-) hloridima (hloridi karboksilnih kiselina) u prisustvu katalizatora aluminijum-trihlorida (AlCl3) dajući 1-fenilalkanone (fenil-ketone). ▪ Umesto alkanoil-hlorida mogu se koristiti i anhidridi karboksilnih kiselina.
15
Mehanizam reakcije
Faza 1: nastajanje acilijum-jona iz alkanoil-halogenida
..R C
O
Cl R C
O
Cl
AlCl3
R C
O
Cl AlCl3....
RC O RC O
Cl AlCl3
:
:
:
:
+ AlCl3Lewis-ovakiselina
:
:+
-+
-+
:
+
:......
..
(disocijacija)
izomerni komplekskompleks
..
..
acilijum-jon
+-..
:
Faza 2: elektrofilni napad
H
RC O
H
CR
O
H
CR
O
H
CR
O
H
CR
O
+....
+sporo
+ +
+
+
intermedijarnicikloheksadienil katjon
(σ kompleks)
elektrofilnukleofil
Faza 3: deprotonovanje
Cl AlCl3
H
C
O
RC
O
R+
+ ..-..
:brzo
1-fenilalkanon(fenil-keton)
+ HCl + AlCl3
16
▪ Nastali fenil-keton kompleksira sa AlCl3.3
▪ Obradom reakcione smeše sa vodom oslobađa se keton:
C
O
RCR
OAlCl3
C
O
R+ AlCl3+
1-fenilalkanon(fenil-keton)
: : :
-+
H , H2O
: :
+ Al(OH)3 + HCl
���� Reakcija nije praćena poliacilovanjem (polialkanoilovanjem):
□ alkanoil- (acil-) grupa je elektron–privlačna (–I, –R) te dezaktivira aromatičan prsten i štiti ga
od dalje supstitucije, □ nastali fenil-keton kompleksira sa katalizatorom.
���� Reakcija nije moguća na aromatičnom prstenu koji je više dezaktiviran nego u slučaju aril-halogenida.
NO2
O
NEMA REAKCIJE!!!
nitrobenzen
AlCl3
(EAS)+ RCCl
alkanoil--hlorid
3 ▪ Da bi se reakcija odigrala do kraja neophodno je uzeti najmanje 1 ekvivalent katalizatora!
17
▪ Podsećanje na Friedel–Crafts–ovo alkilovanje:
H
CH3CH2CH2 ClCH(CH3)2
CH2CH2CH3
benzenpropil-hlorid
AlCl3
(EAS)
+
+
izopropilbenzen
propilbenzen
(G.P.)
���� Ograničenja Friedel–Crafts–ovog alkilovanja: □ premeštanje karbokatjona, □ mogućnost polialkilovanja (alkil-grupa je elektron–donorska te aktivira aromatičan prsten za dalju supstituciju).
▪ Zbog pomenutih ograničenja reakcija Friedel–Crafts–ovog alkilovanja nije pogodna za uvođenje ravnog ugljovodoničnog niza u aromatični prsten. ▪ U tu svrhu se koristi Friedel–Crafts–ovo alkanoilovanje (acilovanje) nakon čega sledi redukcija.
18
H O
C
O
CH2CH2CH3
NH2 NH2
CH2CH2CH2CH3
benzen
+ CH3CH2CH2CCl
butanoil-hlorid
AlCl3
1-fenil-1-butanon
HCl(hlorid butanske kiseline)
Zn(Hg)H , ∆+
(Clemmensen-ova redukcija)
+
OH , ∆-
(kisela sredina) (bazna sredina)(Wolff-Kishner-ova redukcija)
butilbenzen
C
O
CH2CH3
NO2 NH2 NH2
CH2CH2CH3
NH2
CH2CH2CH3
NO2
Zn(Hg)
H , ∆+
OH , ∆-
1-(3-nitrofenil)-1-propanon
3-propilbenzenamin
1-nitro-3-propilbenzen
Uslove redukcije biramo u zavisnosti od prirode supstituenata u prstenu fenil-ketona
19
6) Formilovanje po Gattermann–Koch–u ▪ Reakcija elektrofilne aromatične supstitucije (EAS) – uvodi formil grupa (–CHO) u prsten!
CHOG
O
G
H C OC O
AlCl3
++ HCl
ponaša se kao hlorid mravlje kiseline HCCl
+ CO + HCl
G ne sme biti dezaktivirajucagrupa!!!
aldehid
(EAS)
AlCl3 + AlCl4-
formilijum-jon
elektrofil
uslovi sinteze
.. ......
ind:
lab:CO, HCl
AlCl3; CuCl
CO, HCl
AlCl3; p, t
CH3CH3
OHCtoluen 4-metilbenzaldehid
CO, HCl
AlCl3; CuCl
H CHO
benzen benzaldehid
CO, HCl
AlCl3; CuCl
NO2 NEMA REAKCIJE!!!
nitrobenzen
CO, HCl
AlCl3; CuCl
20
HEMIJSKE OSOBINE ALDEHIDA I KETONA
▪ Jako polarna karbonilna grupa određuje hemijske reakcije aldehida i ketona! ▪ Postoje 3 oblasti u kojima najvećim delom dolazi do reakcija:
� karbonilni kiseonik, � karbonilni ugljenik, � susedni ugljenik karbonilnom ugljeniku tzv. α C–atom.
CC
O
RH
CH
C
O: :
kiseoα H-atom (posledica -I efekta C=O grupe)
α
napad ELEKTROFILA
napad NUKLEOFILA
1
23
kiseoα H-atom
δδδ
δ -
+ +
-I efekat karbonilne grupe
.. ..
R
▪ Sve to je u skladu sa strukturom karbonilne grupe, odnosno, sposobnosti karbonilnog kiseonika da smesti "–" šaržu!!!
21
NUKLEOFILNA ADICIJA na karbonilnu grupu
▪ Pokretljivi π–elektroni karbonilne grupe su jako pomereni prema O:
� karbonilni O je obogaćen elektronima (za nukleofilni i slabo bazni O se vezuju ELEKTROFILI), � karbonilni C ima manjak elektrona (za elektrofilni C se vezuju NUKLEOFILI).
▪ Kako je karbonilna grupa planarna (u ravni je) moguć je nesmetan napad odozgo ili odozdo na tu ravan. ▪ Adicija polarnih reagenasa:
C
O
X Y C
O
Y
δ
_
+
X
δδ
δ_
+
+
elektrofilnideo nukleofilni
deo
▪ Uopšteno se mogu formulisati 2 mehanizma nukleofilne adicije:
1) u baznim uslovima, 2) u kiselim uslovima.
22
1) Bazni uslovi
� Adicija jakih nukleofila (:Nu–):
RC C R MgX
CN (cijanidni jon)
OH (hidroksilni jon)
(acetilidni jon tj. alkinil-anjon)
:
NaBH4, LiAlH4 (hidridni regensi)
(Grignard-ovi reagensi)Organometalni reagensi
-
-
-
Mehanizam (nukleofilna adicija i protonovanje)
C O C ONu
H OHC OH
Nu+ Nu:
.._
..
..δδ_+
elektrofil nukleofiljak
(bazan)
_
alkoksidni jon(jaka baza)
adicija nukleofila
protonovanje
:....
- H2O.. + OH
_
1
2
2
1
(adicioni) proizvod
� Napad jakog nukleofila (:Nu –) na karbonilni ugljenik je olakšan sposobnošću kiseonika da prihvati "–" šaržu tj. još jedan el. par (pravi razlog reaktivnosti aldehida i ketona za reakciju nukleofilne adicije). 1 Nukleofilni napad: Sa približavanjem nukleofila (:Nu –) elektrofilnom C, on se rehibridizuje (iz sp2 u sp3) i el. par π–veze se premešta na O gradeći alkoksidni jon. 2 Krajnji adicioni proizvod se dobija protonovanjem nastalog alkoksidnog jona (obično) protičnim rastvaračem (H2O, ROH).
23
2) Kiseli uslovi
� Adicija slabih nukleofila (:Nu–H): voda (HO–H), alkohol (RO–H). ▪ Kiseli uslovi nisu pogodni za jako bazne nukleofile (dolazi do protonovanja). Mehanizam (elektrofilno protonovanje i nukleofilna adicija)
C ONu H
C OH C OH
NuC OH
H
NuC OH
+ H..+
..
..δδ_+
nukleofilslab
elektrofilno protonovanje
- NuH ..
:
1
2
1
..
..+
..+
+
+ H - H+ +
..
..
3
3
protonovana karbonilna grupa podleže lakše nukleofilnom napadu
deprotonovanje
adicija nukleofila2
veoma reaktivan elektrofil
(adicioni) proizvod
1 Elektrofilni napad H+: Protonovanje karbonilnog O smanjuje Ea za nukleofilni napad – protonovana karbonilna grupa se ponaša kao veoma reaktivan elektrofil (O može da primi π–elektrone, a da pri tome ne poveća svoju "–" šaržu). 2 Nukleofilni napad: Slab nukleofil (:NuH) napada elektrofilni C protonovane karbonilne grupe i pomera se prvobitno nepovoljna ravnoteža. 3 Krajnji adicioni proizvod se dobija nakon deprotonovanja.
24
Reaktivnost aldehida i ketona u reakcijama NUKLEOFILNE ADICIJE
▪ Reaktivnot opada u nizu:
H
C
H
O
R
C
H
O
R
C
R
O> >>AROMATICNI aldehidi i ketoni
formaldehid alifatican aldehid
alifatican keton
▪ Ovakav redosled reaktivnosti je posledica delovanja 2 vrste efekata:
� elektronskih, � sternih.
� Elektronski efekti ▪ Što je karbonilni C–atom elektrofilniji, tj. što je veća delimično "+" šarža (δ+) na njemu, lakše će ga napasti nukleofil!!!
H
C
H
O C
H
O C O-CH3 grupa donor elektrona (+I efekat)
formaldehid
>
H3C
acetaldehid
>
H3C
H3C aceton
▪ Supstituenti koji su donori elektrona smanjuju δ+ na karbonilnom C–atomu:
• viša je Ea
• prelazno stanje je destabilizovano
• rekcija adicije se odvija teže i sporije.
25
C
H
O C
H
O>
Cl3C
hloral
-CCl3 grupa akceptor elektrona (-I efekat)
H3C
acetaldehid
▪ Supstituenti koji su akceptori elektrona povećavaju δ+ na karbonilnom C–atomu:
• niža je Ea
• prelazno stanje je stabilizovano
• rekcija adicije se odvija lakše i brže.
C
H
O C
H
O
H3C
acetaldehid
>
benzaldehid
-C6H5 grupa donor elektrona(preovl. +R nad -I efektom)
CH O
CH O
CH O
CH O
+
..
......:
-
+
..
..:-
+
..
..:-
rezonanciona stabilizacija benzaldehida
▪ Benzaldehid: • smanjenje δ+ na karbonilnom C–atomu (preovlađuje "+R" nad "–I" efektom).
▪ Aromatični aldehidi i ketoni su manje reaktivni od svojih alifatičnih analoga jer su stabilizovani rezonancijom!!!
26
� Sterni efekti
C O Nu:_..
..Prilaz nukleofila je moguc sa bilo koje strane molekula!!
trigonalna sp2-hibridizacija C i O
▪ Nastajanje nove veze menja konfiguraciju na C–atomu s trigonalne u tetraedarsku (atomi se oko C jače zbijaju).
C O
R
C ONu
R
C ONu
R+ Nu:
_
δ
δ
_
_
prelazno stanje
_
trigonalnasp2 hibridizacija
:....
približno120 oR' R'R'
tetraedarskasp3 hibridizacija
približno109 o
NUKLEOFILNA ADICIJA
..
..
▪ Pri adiciji nukleofila na keton (u poređenju sa aldehidom):
• u prelaznom stanju je povećano sterno nagomilavanje oko karbonilnog C–atoma
• veća je Ea
• prelazno stanje je destabilizovano
• reakcija adicije se odvija teže i sporije.
27
REAKCIJE NUKLEOFILNE ADICIJE NA ALDEHIDE I KETONE
1. Adicija H2O (hidratacija karbonilne grupe) ▪ Nastaju GEMINALNI DIOLI (KARBONIL-HIDRATI).
C O C
OH
OH
aldehid ili keton
+ H2OH ili OH
-+
katalizator: kiselina (H ) ili baza (OH ) -+
geminalni diol(karbonil-hidrat)
C OCH3
HH C
CH3
OH
OH+ H2OH ili OH
-+
(acetaldehid)1,1-etandioletanal
C O C OOH
H OHC OH
OH
OH H
+ OH:.._
..
..
elektrofilnukleofil
_
hidroksi-alkoksid(jaka baza)
napad OH jona (nukleofila)
protonovanje
:....
- H2O.. + OH
_
1
2
2
1
regenerisanikatalizator
_
Mehanizam bazno-katalizovane hidratacije:
....
..
......
+ OH:_
slabnukleofil
..
..
_
OH + H2O:....
baza(katalizator)
jaknukleofil
geminalni diol(karbonil-hidrat)
28
▪ Hidratacija je reverzibilna! ▪ Položaj ravnoteže zavisi od stabilnosti polaznog karb. jedinjenja:
• ravnoteža je uglavnom pomerena u "�":4
• HIDRATI se retko mogu izolovati kao čista jedinjenja (suviše lako gube vodu).
▪ Izuzetak:
• stabilan hidrat hlorala.
H C
OH
OH
CCl3
(može se izolovati)
C O C OH C OH
HOC OH
H
OHC OH
+ H ..+
..
..
nukleofilslab
elektrofilno protonovanje
- H2O..
1
21
..
..+
..+
+
..
..
3
3
protonovana karbonilna grupa
deprotonovanje (regenerisanje H )
napad H2O (nukleofila)2
Mehanizam kiselo-katalizovane hidratacije:
HOH....
..
....
elektrofil
+
- H+
- H+
+ H+
geminalni diol(karbonil-hidrat)
4 ▪ Ravnoteža je pomerena:
� u levo kod ketona � u desno kod formaldehida i aldehida sa elektron–privlačnim supstituentima.
▪ Obični aldehidi se nalaze u sredini.
29
2. Adicija alkohola ▪ Sa 1 ekv. alkohola nastaju HEMIACETALI (poluacetali).
C O
R
HH C
R
OR'
OH
aldehid ili keton
+ R'OHH ili OH
-+
hemiacetal
1 ekv.(R)(R)
katalizator: kiselina (H ) ili baza (OH ) -+
C O
CH3
HH C
CH3
OCH2CH3
OH+ CH3CH2OHH ili OH
-+
(acetaldehid)etanal
1-etoksietanol
C OH
H C
OCH2CH3
OH+ CH3CH2OHH ili OH
-+
(benzaldehid) etoksifenilmetanolbenzenkarbaldehid
▪ Reakcija je reverzibilna! ▪ Položaj ravnoteže zavisi od stabilnosti polaznog karb. jedinjenja:
• ravnoteža je uglavnom pomerena u "�":
• HEMIACETALI se retko mogu izolovati kao čista jedinjenja.
30
▪ Stabilni hemiacetali:
• peto- ili šestočlani prstenovi – intramolekulska ciklizacija hidroksi- aldehida ili ketona
OHCHO
OC
OH H
H+
5-hidroksi-pentanal
ciklican hemiacetal
▪ Kiselo–katalizovanom reakcijom u prisustvu viška alkohola nastaju ACETALI.
C O
R
HH C
R
OR'
OR'
aldehid ili keton
+ 2 R'OHH
+
acetal
(R)(R)
katalizator: kiselina (H ) +
C OCH3
HH C
CH3
OCH2CH3
OCH2CH3+ 2 CH3CH2OHH
+
(acetaldehid)etanal
1,1-dietoksietan
31
Mehanizam nastajanja ACETALA (na primeru aldehida) Faza 1: nastajanje HEMIACETALA
O
C
OH
R HC
OH
R H
R C
OH
H
OR'
H
R C
OH
H
OR'
..
elektrofilno protonovanje1
3 deprotonovanje (regenerisanje H )
napad R'OH (nukleofila)2
+
32
RCH
: : :
:
+ H+
1
- H+
+
+ - R'OH
R'OH....
+..
- H+
+ H+
..hemiacetal
.. ..::
..
Faza 2: nastajanje ACETALA
R C
OH
H
OR'
R C
OH
H
OR'
H
CHR
OR'
CHR
OR'
R C
H
O
OR'
R'
HR C
H
OR'
OR'
protonovanje na hidroksilnoj grupi (prevoðenje loše odlazece grupe (-OH) u dobru (H2O))1
3
deprotonovanje (regenerisanje H )
adicija drugog molekul R'OH (nukleofila) na elektrofilni C
2
+
:- R'OH
R'OH....
..hemiacetal
4
1 32
4
gubitak H2O
karbokatjonstabilizovan rezonancijom slob. el. para na O
acetal
+ H+
- H+
:..
..
+: ..
:
..
+
+ H2O
- H2O
..:
+
..
: ..
:+ - H
+
+ H+
: ..
32
▪ U prisustvu kiseline obe faze ovog procesa su reverzibilne. ▪ Ravnoteža se može pomeriti:
� ka acetalu upotrebom viška alkohola ili odvođenjem vode � ka karb. jedinjenju u prisustvu viška vode (hidroliza acetala).
▪ Acetali se mogu izolovati kao čista jedinjenja, neutralizacijom kiselog katalizatora.
AAcceettaallii kkaaoo zzaaššttiittnnee ggrruuppee ▪ Često korišćen intermedijer u sintezi je acetal etilen-glikola:
O
OC
O
CC
CH3 CH3
CH3CCH3+ H
++ HOCH2CH2OH
(etilen-glikol)1,2,-etandiol
H2 H2
stabilan ciklicni acetal
propanon-1,2-etandiol-acetal
▪ Ciklični acetali su otporni prema mnogim nukleofilima (bazama, organometalnim i hidridnim reagensima). ▪ Hidrolizuju se lako tretiranjem sa razblaženom mineralnom kiselinom.
33
3. Adicija bisulfita ▪ Adicija na aldehide i metil-ketone (ostali ketoni ne reaguju – sterne smetnje) – nastaje bisulfitno adiciono jedinjenje:
C O C
SO3 Na
OH C O+ Na HSO3+
-+
karbonilnojedinjenje
natrijum-bisulfit
-
H+
OH-
SO2
SO32
+
karbonilnojedinjenjebisulfitno
adiciono jedinjenje(kristalni talog)
-
C O
R
H
S OH
O
O Na
CH
R
S
O Na
OO
OH
CH
R
S
OH
OO
O Na
- +
karbonilnojedinjenje
natrijum-bisulfit
bisulfitnoadiciono jedinjenje(kristalni talog)
+
:
..:
..: ..
:..
: ..
:
.. .. ....
..
: - + ..
.. .... ..
..
..:- +:jak nukleofil
Ostvaruje se veza C-SS nukleofilniji od O (bolje može da prihvati "+" šaržu)
C O
H
C
H
SO3 Na
OH+ Na HSO3+
-+
-
▪ Aldehidi i ketoni se često uklanjaju iz reakcione smeše tretiranjem iste sa konc. vodenim rastvorom natrijum-bisulfita (adicioni proizvod je donekle rastvoran u vodi).
34
4. Adicija organometalnih reagenasa
▪ Organomagnezijumovi
−
+− δδ
MgXR i litijumovi-
−
+− δδ
LiR
reagensi – izvor nukleofilnog ugljenika! ▪ Adicijom nastaju ALKOHOLI – nukleofilna alkil-grupa iz organometalnog reagensa formira vezu sa polaznom karbonilnom grupom.5
4.1. Grignard–ovi reagensi (R–MgX)
C
R
O MgXR MgXC O C
R
OH
R MgX
++-..
:
karbonilnojedinjenje
izvor nukleofilnog C
..
.. ..
magnezijum-alkoksid
H , H2O+ ..
..
alkohol
Grignard-ovreagens
1o, 2o ili 3o
aps. etarδ δ+-
RX + Mgaps. etar
R = 1o, 2o, 3o alkil-grupa aril-grupa benzil grupa itd.
jak nukleofil
δ δ+-
R' MgX
C OH
H
C OR
H
C OR
R
H C
H
R'
OH
H C
R
R'
OH
R C
R
R'
OH
H , H2O+
H , H2O+
H , H2O+
..
..1o
..
..
..
..
2o
3o
aps. etar
5 ����Ako su u strukturi aldehida i ketona prisutne druge C=O grupe ili –OH grupe, moraju se zaštititi!
35
�Grignard–ovi reagensi reaguju sa vodom:
R MgX H OH R Hδ δ+-
+δ δ+ -
+ Mg(OH)X
pKa = 15,7 pKa ~ 50
O
CH2CH2CH3
O MgBr
CH2CH2CH3
OH
CH3CH2CH2BrMg, aps. etar
CH3CH2CH2MgBrCH3CCH2CH3 CH3CCH2CH3
+-..:
H , H2O+
:
aps. etar
CH3CCH2CH3
..:
3-metil-3-heksanol
propilmagnezijum--bromid
4.2. Organolitijumovi reagensi (R–Li)
O
OH
C(CH3)3
O Li
C(CH3)3
aps. etar(CH3)3CLi(CH3)3CCl + 2 Li
aps. etar
..
- LiCl
1-terc-butilciklobutanol
H , H2O+
+-..:..
..
C
R
O LiR LiC O C
R
OH
R Li
++-..
:
karbonilnojedinjenje
izvor nukleofilnog C
..
.. ..
litijum-alkoksid
H , H2O+ ..
..
alkohol
alkillitijumovreagens
1o, 2o ili 3o
aps. etarδ δ +-
RX + 2Liaps. etar
R = 1o, 2o, 3o alkil-grupa aril-grupa benzil grupa itd.
jak nukleofil
δ-
δ++ LiX
36
ZADATAK
Polazeći od navedenih jedinjenja i ostalih reaktiva prikažite sinteze sledećih jedinjenja (između ostalih reakcija koristite adiciju Grignard–ovih reagenasa na karbonilna jedinjenja):
a) 2-fenil-2-butanola iz benzena i etanola
C
OH
CH3
CH2CH3
C
O
CH3
C
OH
CH3
H
MgBr
2-fenil-2-butanol
CH3CH2OH, C6H6
+ CH3CH2MgBr
+ CH3CHO
37
C
O
CH3
C
OH
CH3
CH2CH3
Br MgBr COH
CH3
H
C
O
CH3
CH3CH2OHPCC
CH2Cl2CH3CHO
CH3CH2OH CH3CH2BrPBr3
CH3CH2Br CH3CH2MgBr
1)
2) H , H2O+
1) CH3CHO
2) H , H2O+Br2
FeBr3
Mg
aps. etar
K2Cr2O7
H2SO4
Mg
aps. etar
PCCCH2Cl2
ili
38
b) 2,5-dimetil-3-heksanola iz izobutilena
CH3
C CH2CH3
CH3
CH3
CH3
OH
CH3
CH3
CH3
C CH2CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
CH3OH
CH3
C
O
H(CH3)2CH
2,5-dimetil-3-heksanol
CH3CHCH2OH
CH3CHCH CH2CHCH3
+ CH3CHCH2MgBr
CH3CHCH2MgBr
HBr
R2O2CH3CHCH2Br
OH , H2O-
CH3CHCH2OH
PCCCH2Cl2
CH3CHCHO
Mg
aps. etarCH3CHCH2Br
CH3CHCHO1)
2) H , H2O+
2,5-dimetil-3-heksanol
CH3CHCHCH2CHCH3
39
ZADATAK Predložite odgovarajući postupak za transformaciju jedinjenja A u B:
O
Br
O
OH
O
Br
CH2 O
Br
O O
MgBr
O O
O OO MgBr
O
OH
12
34
56
7
(A) (B)
12
34
56
HOCH2CH2OH, H+
Mg, aps. etar
+-H , H2O+
6-brom-2-heksanon 7-hidroksi-2-heptanon
40
5. Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska reakcija) ▪ Cijanovodonik (HCN) se reverzibilno adira na karbonilnu grupu aldehida i ketona gradeći HIDROKSI-ALKANONITRILE tzv. CIJANOHIDRINE:
C
C
O
N
C NC O C
C
OH
N
H CN+
- -:..:
karbonilnojedinjenje cijanidni jon
..
.. ..
alkoksid
..
..
hidroksi-alkanonitril
jak nukleofil
+ CN:-
(cijanohidrin)
C
O
CH3 CH3
CH3 C
CH3
OH
CN
KCN
H2O/H2SO4
2-propanon(aceton) 2-hidroksi-2-metil-
propanonitril(aceton-cijanohidrin)
CH2CH
O
CH2 C
H
OH
CN
KCN
H2O/H2SO4
2-feniletanal(fenilacetaldehid)
3-fenil-2-hidroksipropanonitril(fenilacetaldehid-cijanohidrin)
41
▪ Cijanohidrini su veoma korisni intermedijari u sintezi:
� 2-hidroksikarboksilnih kiselina (α-hidroksikiseline) � nezasićenih karboksilnih kiselina (α,β-nezasićene kiseline).
CH3 C
H
OH
COOH
CH COOH
C
O
CH3 HCH3 C
H
OH
CN
CH3 C
H
OH
COOH
∆
konc. H2SO4
-H2O(dehidratacija)
(akrilna kiselina)
CH2
2-propenska kiselina
KCN
H2O/H2SO4
etanal(acetaldehid)
2-hidroksi-propanonitril
(acetaldehid-cijanohidrin)
2-hidroksipropanska kiselina
HCl, H2O
(mlecna kiselina;α-hidroksipropionska kiselina)
∆
CH3 C
CH3
OH
CNC
O
CH3 CH3CH3 C
CH3
OH
COOH
CH2 C
CH3
COOH
KCN
H2O/H2SO4 ∆
-H2O
2-propanon
2-metil-2-propenska kiselina
konc. H2SO4
(dehidratacija)(aceton)
2-hidroksi-2-metil-propanonitril
(aceton-cijanohidrin)
(metakrilna kis.; α-metilakrilna kis.)
42
Stereohemija cijanhidrinske reakcije ▪ Dobijanje hiralne strukture iz ahiralnog polaznog materijala kao rezultat daje racemsku smesu.
C O
H
CH3
CCH3
HOH
CN
C
O
CH3 HCH3 C
H
OH
CN
CH3 C
H
OH
COOH
CH
CH3
OH
CN
CCH3 OH
CNC
CH3 OH
CN
CH
CH3
OH
COOH
CCH3
HOH
COOH
CN:_
*
H+ H+
(R)-acetaldehid-cijanohidrin
KCN
H2O/H2SO4
acetaldehid( )-acetaldehid-cijanohidrin
* *
+-
H , H2O+
( )+- -mlecna k.
hiralan hiralan
ahiralan
ahiralan
Prilaz cijanidnog jona (nukleofila)je moguc sa bilo koje strane molekula!!
*
S R
(S)-acetaldehid-cijanohidrin
H , H2O+
H , H2O+
**
(S)-mlecna k. (R)-mlecna k.hiralan hiralan
43
6. Adicija amonijaka i njegovih derivata
6.1. Amonijak i 1° amini ▪ Amonijak i 1° amini se adiraju na aldehide i ketone na analogana način kao voda i alkoholi. ▪ Međutim, nastali proizvodi lako gube vodu te nastaju IMINI. ▪ Ukupna reakcija je kondenzacija – dva molekula se spajaju uz eliminaciju vode.
C O C
NH
+ NH3
karbonilnojedinjenje
....
nukleofil
:
amonijak
+ H2O
..
imin
(aldehid ili keton)
(nestabilan)(pri stajanju polimerizuju)
C O C
NR'
R'+ NH2
karbonilnojedinjenje
..
..
nukleofil
:
1o amin
+ H2O
..
N-supstituisani imin
(aldehid ili keton)Schiff-ova baza(stabilan imin)
44
Mehanizam nastajanja IMINA iz 1° amina6
C O C ON
H H
R'
C OHN
R' H
C N
R'
1
eliminacija H2O(dehidratacija)
napad NH2R' (nukleofila)
2
+
-
..
:+ NH2R'
karbonilnojedinjenje
..
..nukleofil
:
(aldehid ili keton)
1o amin
1
2
..
..
deprotonovanje na Nprotonovanje na O
..
..
..
hemiaminal
- H2O
+ H2O
N-supstituisaniiminSchiff-ova baza
6
C
N
OH
HR'
C
N
OH
HR'
H
C
NHR'
C
NHR'
C
NR'
Dehidratacija hemiaminala:
..
..
..+ H
- H+
+
..
..
+
- H2O
+ H2O
..
+
+
hemiaminaliminijum jon
+ H - H++
..
N-supstituisaniiminSchiff-ova baza
45
▪ Imini mogu da se izoluju kao čista jedinjenja u visokom prinosu (kontinualnim uklanjanjem H2O):
C
O
CH3 CH3 NH2C N
CH3
CH3+ H2O+
(95%)
▪ Reakcija reduktivne aminacije aldehida i ketona:7
CO
H
NH2 CN
H
C
H
H
NH
benzaldehid
H2/Ni ili Pt
- H2O
+ H2O
1o amin
imin
2o amin
+
iliNaBH3CN
(ne izoluje se)
benzilcikloheksilamin
cikloheksilamin(kondenzacija)
(redukcija)
7 ▪ Imini nastali kondenzacijom 1° amina sa aldehidima ili ketonima su veoma korisni intermedijari u sintezi amina kompleksnije strukture.
46
6.2. Hidroksilamin (NH2OH), hidrazin (H2NNH2) fenilhidrazin (H2NNHC6H5) ▪ Kondenzacijom sa aldehidima i ketonima daju imino–derivate kristalinične proizvode, često oštrih tački topljenja:
• koriste se za identifikaciju (dokazivanje) strukture karb. jedinjenja.
C O
NH2 OH
C
NOH
NH2 NH2
C
NNH2
NH2 NHC6H5
C
NNHC6H5
C
NGH
OH
C
NG
karbonilnojedinjenje
..
..
oksim
(hidroksilamin)
(hidrazin)
hidrazon
+ H+
+ H2O
+ H2O
(aldehid ili keton)
(fenilhidrazin)
fenilhidrazon
+ H2O
+ H2O
47
NH2 OH
CCH3
NOH
NH2 NH2
CCH3
NNH2
NH2 NHC6H5
CCH3
NNHC6H5
C OCH3
acetofenon
- H2O
acetofenon-oksim
acetofenon-hidrazon
acetofenon-fenilhidrazon
48
C
CH3
H
NOH
C
H
CH3
NOH C
CH3
NOH
C
CH3
NOH
Geometrijska izomerija OKSIMA:
sin-anti-(Z)-(E)-
ketoksimaaldoksima
sin-anti-(Z)-(E)-
���� Reakcije kondenzacije aldehida i ketona sa: � 1° aminima (NH2R) � hidroksilaminom (NH2OH) � hidrazinom (H2NNH2) � fenilhidrazinom (H2NNHC6H5)
često se odigravaju u slabo kiseloj sredini!
C O C OH C OH
NH2 GC
OH
NH2 G
C N G
C
OH
NH G
NH2 G H3N G
+ H+
..
......+
..+
protonovana karbonilna grupa
..
elektrofil
- H+
- H+
+
- H2Osredina ne sme biti previše kisela:
.. + H+
- H+
+
nukleofil(slobodna baza)
nije nukleofil(so)
+ H+
(olakšan napad nukleofila)
49
6.3. 2° Amini ▪ Kondenzacijom aldehida i ketona sa 2° aminima dobijaju se ENAMINI.
C ORCH2
CRCH
NR'2
+ NHR'2....
nukleofil
:
2o amin
+ H2O
enamin
(aldehid ili keton)
:
(enska funkcija alkena i amino-grupa amina)
C OCH2R
R CH2 C O
NR' H
R'
CCH
NR'2
R CH
H
C OH
NR'2
R
deprotonovanje na Nprotonovanje na O
karbonilnojedinjenje
(aldehid ili keton)
N-atom nema H-atom koji bi otpustio!Dehidratacija se odvija alternativno:deprotonovanjem sa αααα-C-atoma!
+ NHR'2....
nukleofil
:
2o amin
1 ..: -
+
enamin
α α- H2O
+ H2O
2
hemiaminalniintermedijer
1
eliminacija H2O(dehidratacija)
napad NHR'2 (nukleofila)
2
..
:
..
..:
α
α
O
CH3CH2C CHCH3
N(CH3)2
+ HN(CH3)2
..CH3CH2CCH2CH3 + H2O
enamin
CA: N,N-dimetil-2-penten-3-amintriv.: (1-etil-1-propenil)dimetilamin
3-pentanon dimetilamin
50
CH3CHCH CHCH3
N(CH3)2
CH3CH C
N(CH3)2
CH3C CH2
N(CH3)2
CA: N,N-dimetil-3-penten-2-amintriv.: dimetil(1-metil-2-butenil)amin
H
CA: N,N-dimetil-1-propen-1-amintriv.: dimetil(1-propenil)amin
CA: N,N-dimetil-1-propen-2-amintriv.: N,N,1-trimetilvinilamin
1231231 2 3 4 5
51
Redukcija karbonilnih jedinjenja 1. Redukcija aldehida i ketona 1.1. Do alkohola
C
O
R H
C
O
R R'
R C
H
H
OH
R C
R'
H
OH
R, R' = alkil- aril-grupa
[H]
[H]
1o alkohol
2o alkohol
[H] = (a) 1) LiAlH4/aps. etar 2) H2O
(b) NaBH4/CH3CH2OH
(redukcija hidridnim reagensima)
(c) H2/Pt, Pd ili Ni (kataliticko hidrogenovanje)
▪ Redukcija hidridnim reagensima je nukleofilna adicija vodonika (nukleofil je hidridni jon H: –)!
C O
C OH C O
H C OH
Li H3Al H H C O
+
karbonilnojedinjenje
litijum--aluminijumhidrid
..
..nukleofilni reagens
-+
litijum--alkoksialuminijumhidrid
ponavlja se još 3 puta:reaguje sa jos 3 mol
+-
4
Al Li
H2O4
alkoholLiAlH4 je izvor nukleofilnog H-atoma tj. hidridnog jona (H: )-
+ Al(OH)3 + LiOH
+-AlH3 Li
litijum-tetraalkoksi-aluminat
52
▪ Hidridni reagensi LiAlH4 i NaBH4 su selektivni – redukuju karbonilnu grupu ali ne i nezasićene C–C veze! ���� Transformišu nezasićene aldehide i ketone u nezasićene alkohole!!!
CH3CH CHCH
O CH3CH CHCH2OH
1) LiAlH4/aps. etar2) H , H2O
NaBH4/CH3CH2OH
H2/Pt2-butenal
(krotonaldehid)CH3CH2CH2CH2OH
2-buten-1-ol
1-butanol
+
O OHH
[H]
ciklopentanon ciklopentanol
[H] = (a) 1) LiAlH4/aps. etar 2) H , H2O
(b) NaBH4/CH3CH2OH
(c) H2/Pt, Pd ili Ni
+
1.2. Do ugljovodonika
C
O
R H
C
O
R R'
R C
H
H
H
R C
R'
H
H
NH2 NH2
HOCH2CH2 O CH2CH2OH
R, R' = alkil- aril-grupa
Zn(Hg)
H , ∆+
(Clemmensen-ova redukcija)
OH , ∆-
(kisela sredina)
(bazna sredina)
(Wolff-Kishner-ova redukcija) ugljovodonik
u prisustvu alkohola visoke tklj
(HOCH2CH2)2O = (dietilen-glikol)
53
CH3CH CHCH
O
CH3CH CHCH3
2-butenal(krotonaldehid)
2-buten
Zn(Hg), H ; ∆+
H2NNH2, OH ; ∆-ili
(HOCH2CH2)2O
CH CHCH
O
CH CHCH3
Zn(Hg), H ; ∆+
3-fenilpropenal(cimetaldehid)
1-fenil-1-propenH2NNH2, OH ; ∆-ili
(HOCH2CH2)2O
O
O1,3-ciklopentan-dion
ciklopentan
Zn(Hg), H ; ∆+
H2NNH2, OH ; ∆-ili
(HOCH2CH2)2O
CCH3
O2N
O
CH2CH3
O2N
CH2CH3
NH2
1-etil-3-nitrobenzen
Zn(Hg), H ; ∆+
H2NNH2, OH ; ∆-
1-(3-nitrofenil)etanon
3-etilfenilamin
(HOCH2CH2)2O
◘ U zavisnosti od strukture karbonilnog jedinjenja, tj. od prisutnih supstituenata, biramo uslove redukcije: u kiseloj ili baznoj sredini!!!
54
2. Redukcija ketona sa magnezijum- -amalgamom, Mg(Hg)
C
O
CH3 CH3
CH3 C
CH3
C
CH3
CH3
OHOH
2,3-dimetil-2,3-butandiol
1) Mg(Hg), C6H6, ∆
2) H2O
acetonpinakol
2
C
O
R RR C
R
C
R
R
OHOHR= alkil- ili aril-grupa 1,2-diol
1) Mg(Hg), C6H6, ∆
2) H2O
keton
tzv. pinakol
2
C OCH3
CH3
CH3 C
CH3
C
CH3
CH3
OHOH
C OCH3
CH3
C O
CH3
CH3
C OCH3
CH3
C OCH3
CH3
C O
CH3
CH3
2,3-dimetil-2,3-butandiol
H2O
pinakol
: Mg .
.
-
-....
....
:
:
Mg2+
-
-....
..
..:
:Mg
2+
radikal-anjon(diketil-magnezijum)
55
Pinakolonsko premeštanje ▪ U kiseloj sredini pinakol podleže dehidrataciji koja je praćena 1,2-pomakom (premeštanjem) alkil-, aril-grupe ili hidrida. ▪ Kao proizvod nastaje keton ili aldehid u zavisnosti od strukture polaznog 1,2-diola tzv. pinakola.
CH3 C
CH3
C
CH3
CH3
OHOH
CH3 C C
CH3
CH3
O CH3
2,3-dimetil-2,3-butandiolpinakol
+H
pinakolon3,3-dimetil-2-butanon
(- H2O)
CH3 C
CH3
C
CH3
CH3
OHOH
CH3 C C
CH3
CH3
O CH3
CH3 C
CH3
C
CH3
CH3
OOH
HH
CH3 C
CH3
C
CH3
CH3
OH
CH3 C C(CH3)3
O H
CH3 C C(CH3)3
O H
++ H
:..
:
..: ..
.. :
- H2O
+
+
+
+- H
:: ....+
::1,2-pomak alkil-grupe
3o
(katjon stabilizovan rezonancijom)
56
Oksidacija karbonilnih jedinjenja 1. Oksidacija aldehida 1.1. Sa KMnO4 ili K2Cr2O7 u kiseloj sredini
C
O
R HR = alkil- ili aril-grupa
RCOOHKMnO4/H2SO4
K2Cr2O7/H2SO4
ili
aldehid O
KMnO4/H2SO4
K2Cr2O7/H2SO4
iliCH3CH CH3COOH
acetaldehid sircetna kiselina
C
O
HCOOH
KMnO4/H2SO4
K2Cr2O7/H2SO4
ili
benzaldehid benzoeva kiselina
1.2. Tollens–ov test ▪ Dokazna reakcija za aldehide!
C
O
R HR = alkil- ili aril-grupa
Ag0 + RCOOH+ Ag+ NH3, H2O
srebrnoogledalo
amonijacni rastvor srebro-hidroksida
NH4OHAgNO3 AgOH
NH3 [Ag(NH3)2] OH+ -
amonijacni rastvor srebro-hidroksida
(bezbojan)Tollens-ov rastvor
aldehid
▪ Dejstvom aldehida se iz rastvora Ag+ jona taloži srebrno ogledalo.
57
1.3. Fehling–ov test ▪ Dokazna reakcija za aldehide!
C
O
R H
CH
OH
CH
OH
HO2C CO2H
Fehling-ov rastvor
R = alkil- ili aril-grupa
Cu2O + RCOOH+ Cu2+
NaOHNa,K-tartarat
cigla-crvenitalog
aldehid alkalni rastvor kompleksa Cui Na,K-tartarata
(tamno plav)
H2O
tartarati - soli vinske kiseline
2+
▪ U baznoj sredini, taloženje Cu2O ukazuje na prisustvo aldehidne funkcionalne grupe.
1.4. Sa vlažnim Ag2O (Ag+ jon je oksidaciono sredstvo)
C
O
R HR = alkil- ili aril-grupa
RCOOH
aldehid
Ag2O / H2O
▪ Ag+ jon je blago i selektivno oksidaciono sredstvo!
CH3CH CHCH
O
CH3CH CHCOOH2-butenal
(krotonaldehid)
2-butenska kiselina
Ag2O / H2O
58
CH CHCH
O
CH CHCOOH
3-fenilpropenal(cimetaldehid)
3-fenil-2-propenska kiselina(cimetna kiselina)
Ag2O / H2O
CHO COOH
3-cikloheksen-karbaldehid
3-cikloheksen-karboksilna kiselina
Ag2O / H2O
2. Oksidacija ketona ▪ Ketoni se oksidišu mnogo teže nego aldehidi – mora doći do raskidanja veze između 2 C–atoma! ▪ Pod blagim uslovima se mogu oksidisati jedino metil-ketoni.
2.1. Oksidacija metil-ketona – HALOFORMSKA REAKCIJA ▪ Reakcija služi za identifikaciju metil-ketona!
C
O
R CH3
R = alkil- ili aril-grupa
RCOO Na
metil-keton
I2, NaOH+ CHI3
- +
jodoform(žuti talog)
Umesto I2 može se koristiti Cl2 i Br2.
Jodoformska reakcija
▪ Tretiranjem reakcione smeše razblaženom mineralnom kiselinom, dobija se karboksilna kiselina.
59
O
+ CHI3CH3CH2CCH3 CH3CH2COO Na- +I2, NaOH H3O
+
+ CHI3CH3CH2COOH
2-butanon
CH3C CHC
OCH3
CH3C CHCOOH
CH3
+ CHI31) I2, NaOH
2) H3O+
4-metil-3-penten-2-on
CH3
▪ CH3CHO – jedini aldehid koji daje pozitivan jodoform test!
2.2. Energična oksidacija ketona
RCH2 C
O
CH2R' RCOOH + R'CH2COOH + RCH2COOH + R'COOHHNO3, ∆
a b a b
RCH C
O
CHR'
R R' R
CR O
R'
CR' O+ R'2CHCOOH + R2CHCOOH +HNO3, ∆
a b a b
OHNO3, ∆
CH3CH2CCH2CH3CH3COOH + CH3CH2COOH
3-pentanon
O CH3
CCH3 O(CH3)2CHCCH(CH3)2
HNO3, ∆ + (CH3)2CHCOOH
2,4-dimetil-3-pentanon 2-propanon(aceton)
O
(CH2)4HOOC COOHHNO3, ∆
cikloheksanon
60
KKIISSEELLOOSSTT AALLDDEEHHIIDDAA II KKEETTOONNAA
▪ Karbonilna grupa je polarizovana.
▪ Ektrofilni karbonilni C–atom povlači elektrone duž σ–veze (–I efekat) – veza Cα–H je oslabljena.
▪ α-H–atomi su kiseli usled prisustva karbonilne grupe. ▪ Jake baze mogu ukloniti α-H–atom. ▪ Anjoni koji nastaju deprotonovanjem zovu se ENOLATNI JONI ili ENOLATI:
C
H
CO
C CO
C CO
+ B
.
:
. -
- -..
....
...
.: :
+ HB
pKa ~ 16-18 (aldehidi)~ 19-21 (ketoni)
enolatni jon
rezonancioni hibrid
jaka bazajak nukleofil
▪ Nastali enolatni jon, konjugovana baza aldehida i ketona, je stabilizovan rezonancijom:
C CO
C CO
C C
O
C C
O. -
-..
....
.: :
rezonancioni hibrid
-δ ..... ......
-δ
ili ..... ......
-
enolatni jon
▪ Elektrofil može napasti Cδ– ili Oδ– (ambidentni jon).
CH
R
CC
O
α
kiseoαααα H-atom
δδδ
δ -
+ +
-I efekat karbonilne grupe
.. ..β
61
KKEETTOO––EENNOOLLNNAA ttaauuttoommeerriijjaa aallddeehhiiddaa ii kkeettoonnaa
CH2 C
O
HR CH C
OH
HR(R') (R')
keto-oblikketo-tautomer
enolni-oblikenol-tautomer
H ili OH-+
▪ Keto– i enol–izomer su 2 različita hemijska jedinjenja (strukturni izomeri), tautomeri koji gubitkom protona daju isti anjon koji je rezonancioni hibrid 2 granične strukture. ▪ Tautomeri se nalaze u termodinamičkoj ravnoteži koja je pomerena ka jednom ili drugom tautomeru. ▪ Keto–enol tautomerija tj. pretvaranje jednog oblika u drugi je kiselo ili bazno katalizovana reakcija.
C
H
CO
C CO
C CO
H B
C C
O H
+ B
.
:
. -
- -..
....
...
.: :
+
enolatni jon
keto-oblikketo-tautomer
enolni-oblikenol-tautomer
..:
+ B: -
kiseliji - lakše otpušta proton
T.D. stabilniji
Bazno-katalizovana keto-enolna tautomerija
baza
62
C
H
CO
H B
C C
O H
C COH H
C COH H
H B
+ B: -
konj.bazakiseline
..+
protonovani karbonilni sistem
..
+ ..
keto-tautomer
enol-tautomer
....
+kiselina
....
+
Kiselo-katalizovana keto-enolna tautomerija
▪ Položaj ravnoteže zavisi od strukture molekula! ▪ Kod prostih aldehida i ketona ravnoteža je pomerena ka keto–tautomeru:
CH3 C
O
H CH2 C
OH
H
CH3 C
O
CH3 CH2 C
OH
CH3
100%
63
▪ Međutim, postoje karbonilna jedinjenja kod kojih je ravnoteža pomerena ka enol–tautomeru!!!
CH2 C
O
CH3C
O
CH3 CH C
O
CH3C
OH
CH3
O
CC
C
O
H
CH3
H
CH3
cista supstanca (tecnost)
. .. .
16% 84%
1
2
konjugovani sistem dvostrukih veza
mogucnost uspostavljanja intramolekulske vodonicne veze(šestoclana prstenasta struktura)
.....
CH2 C
O
CH3C
O
CH3 CH C
O
CH3C
OH
CH3
u heksanu
8% 92%
▪ U vodenom rastvoru enol–tautomer je nestabilan jer je znatno smanjena mogućnost obrazovanja intramolekulske vodonične veze – jače je intermolekulsko vodonično vezivanje sa molekulima vode!
CH2 C
O
CH3C
O
CH3 CH C
O
CH3C
OH
CH3
O
CC
C
O
CH3
H
CH3
H HO
HH
O HHO
H
u vodi
....
85% 15%
. ...
Intermolekulsko vezivanje sa molekulima vode!
.
.. .. ..
...
.
.
64
REAKCIJE IZAZVANE KISELOŠĆU α-H–ATOMA
Aldolna kondenzacija ▪ U razblaženom vodenom rastvoru baze (ili kiseline) mogu se međusobno vezati 2 molekula aldehida (dimerizacija) koji u svojoj strukturi imaju bar 1 α–H–atom! ▪ Kao proizvod aldolne reakcije nastaje β-hidroksi-aldehid tzv. ALDOL koji zagrevanjem podleže dehidrataciji dajući α,β-nezasićeni aldehid.
CH2 C
O
HR CH2 C
OH
C
H
H
R
C
O
HR
CH2 C C
H R
C
O
HR
aldehid
2H2O
OH (ili H )- +
β-hidroksi-aldehidaldol
α,β-nezasiceni aldehid
αβ
∆
(- H2O)
αβ
Intramolekulska dehidratacija je favorizovana jer nastaje α,β-nezasiceno karbonilno jedinjenje(konjugovani sistem dvostrukih veza)
1
2
1
1 2+ = aldolna kondenzacija
aldolna reakcija
2 dehidratacija
(niska t)
α
O
CH3 C
OH
H
CHCH
H
O
CH3CH CHCH
O
2 + H2O∆αβNaOH/H2O
CH3CHαβ
etanal(acetaldehid)
3-hidroksibutanal
2-butenal
(krotonaldehid)aldol
65
▪ Analogno se mogu međusobno vezati 2 molekula (veoma reaktivnog) ketona koji u svojoj strukturi imaju bar 1 α–H–atom! ▪ Kao proizvod aldolne reakcije nastaje β-hidroksi-keton (aldol) koji zagrevanjem podleže dehidrataciji dajući α,β-nezasićeni keton.
O
CH3 C
OH
CH3
CHCCH3
H
O
CH3 C
CH3
CHCCH3
O
2 + H2O∆αβNaOH/H2O
CH3CCH3propanon(aceton)
4-hidroksi-4-metil-2-pentanon 4-metil-3-penten-2-on
αβ
aldol
(β-hidroksi-keton)(α,β-nezasiceni keton)
1
1 2+ = aldolna kondenzacija
aldolna reakcija
1 2
2 dehidratacija
Aldolna reakcija kod ketona je reverzibilan proces – ravnoteža je pomerena ka ketonu! � Ravnotežu u desno pomera: ►uklanjanjem aldola iz reakcione smeše,
►dehidratacija i uklanjanje vode iz reakcione smeše.
66
Mehanizam nastajanja ALDOLA (bazna kataliza) Faza 1: nastajanje ENOLATA (enolatnog jona)
CH2 CO
HCH2 C
O
H
O
CH2 H + OH: ....
katalizator
(hidroksilni jon)
. -
- ....
...
: :
+ H2O
enolatni jon
α α
α
HC-
: :
Faza 2: nukleofilni napad (adicija)
O
CH2 CO
HCH2 C
O
H
C CH2CH
O
H
O
enolatni jon
CH3CH
: :
+
nukleofilni centar je αααα-C-atom enolatnog jona
nukleofil
-..: :
- ..
elektrofil
enolatni jon napada kao karbanjon
CH3
: :
alkoksidni jon
: : .. -
Faza 3: protonovanje
C CH2CH
O
H
O
H OH C CH2CH
OH
H
O
....
CH3
: :
alkoksidni jon
: : .. -
+ CH3
: : : ..
aldol
αβ
3-hidroksibutanal
+ OH: ....
regenerisanikatalizator
-
▪ Faze 2 i 3 ove reakcije pomeraju, u početku nepovoljnu ravnotežu (Faza 1), prema proizvodu, aldolu. ▪ U aldolnoj reakciji do izražaja dolaze 2 najvažnije osobine karbonilne grupe:
►nastajanje enolata (enolatnog jona), ►nukleofilni napad enolatnog jona (anjona) na karbonilnu grupu.
67
▪ Na povišenoj temperaturi, aldol lako podleže dehidrataciji i nastaje proizvod aldolne kindenzacije.
C
OH
H
CCH
H
H
O
CH3CH CHCH
O
aldol
OH , H2O: .... -
CH3
: ..
αβ
∆+ H2O
αβ
3-hidroksibutanal
2-butenal
(krotonaldehid)α,β-nezasiceni aldehid
▪ Eliminacija vode je naročito olakšana zato što kao proizvod nastaje stabilan konjugovani sistem. � Proizvodi aldolne reakcije mogu se izolovati samo ako su reaktanti jednostavni aldehidi ili ketoni!
O
CH3CH2 C
OH
H
CHCH
CH3
O
CH3CH2CH CCH
CH3
O
2αβNaOH/H2OCH3CH2CH
αβ
propanal
OH , H2O: .... -
∆
(- H2O)
može se izolovati na niskoj T.
3-hidroksi-2-metilpentanal2-metil-2-pentenal
▪ Ako je α,β-nezasićeni proizvod naročito stabilan (npr. benzenski prsten deo konjugovanog sistema) može se izolovati isključivo nezasićeno jedinjenje.
▪ Pažnja:
CH3CH C
OH
H
CCHO
CH3
CH3
CH3 C
CH3
H
CH
O CH3α NaOH/H2O αβ OH , H2O: ..
.. -
∆(- H2O)
2
2-metilpropanal3-hidroksi-2,2,4-trimetilpentanal
dehidratacija nije moguca
▪ α,β-nezasićeni aldehid ne može nastati jer na α–C–atomu nema više H–atoma, pa ne može doći do dehidratacije!
68
▪ Aldoli (ukoliko se mogu izolovati) i α,β-nezasićena karbonilna jedinjenja često se koriste kao intermedijari u organskoj sintezi:
O
CH3CH CHCH
O
OH
OH
OOH
CH3CH CHCOOH
CH3CH CHCH2OH
2
- H2O
∆
OH /H2O
CH3CH
α,β-nezasiceni aldehid
aldol
Ag2O / H2O
1) LiAlH4/aps. etar2) H , H2O
NaBH4/CH3OH
H2/Ptili
ili
CH3CHCH2COOH
CH3CHCH2CH2OH
3-hidroksikarboksilna kis.
1,3-diol
CH3CHCH2CH
-
1) LiAlH4/aps. etar2) H , H2O
NaBH4/CH3OH
H2/Pt
ili
CH3CH2CH2CH2OH
+
+
Ag2O / H2O
69
Ukrštena aldolna kondenzacija ▪ Kada reaguju 2 različita karbonilna jedinjenja nastaje složena smesa aldolnih proizvoda:
CH3 C
OH
H
CHCHO
CH3CH3
CH3CH2 C
OH
H
CH2CHO
CH3 C
OH
H
CH2CHO
CH3CH2 C
OH
H
CHCHO
CH3CH3
CH3CHO + CH3CH2CHOetanal propanal
NaOH/H2O Nu je CHCHO:..--
+ Nu je CH2CHO:..--
+ Nu je CH2CHO:..- -
+ Nu je CHCHO:..--
Neselektivna ukrštena aldolna reakcija!
70
▪ Međutim, moguće je dobiti 1 aldolni proizvod ukoliko samo 1 karbonilno jedinjenje ima α–H–atome!8
H C
OH
H
CH2 CHCCH3
CH2 C
O
CH3
O
O
CH2 CO
CH3
O
CH2 H
- H2O
Selektivna ukrštena aldolna kondenzacija!
HCH +
∆
4-hidroksi-2-butanon
3-buten-2-on
nema α-H-atome
ima α-H-atome
.
- ..
enolatni jon
Nu je: - :
.
α
CH3CNaOH/H2O
C
O
H
O
CH2 H
C CH
H
C
O
H
C
OH
CH2
H
C
O
H
benzaldehid acetaldehid
+α
HC
: :
3-fenilpropenal(cimetaldehid)
- H2O
nije izolovan
NaOH/H2O
Selektivna ukrštena aldolna kondenzacija!
8 Komponenta koja nema α–H–atome se pomeša sa katalizatorom i zatim se karbonilno jedinjenje koje ima α–H–atome dodaje polako u tu smesu.
Tako je koncentracija enolatnog jona uvek veoma mala, te dolazi gotovo isključivo do reakcije sa drugim karbonilnim jedinjenjem koje je u velikom višku.
71
Cannizzaro–va reakcija ▪ Aldehidi koji nemaju α–H–atoma u prisustvu koncentrovanih rastvora (vodenih ili alkoholnih) baze podležu oksido–redukcionoj reakciji. ▪ Nastaje smesa alkohola i soli karboksilne kiseline.
O
HCH2konc. NaOH
CH3OH + HCOO Na- +
(formaldehid) metanol(natrijum-formijat)
metanal natrijum-metanoat
CHO CH2OH COO Na
2konc. NaOH
benzenkarbaldehid(benzaldehid)
+
- +
fenilmetanol(benzil-alkohol)
natrijum-benzoat
72
Mehanizam Cannizzaro–ve reakcije
H
C O C
H
OH
O
H
C O CH OH
O
C
H
O
H
CO O
H
CH2OH COO
+ OH: ....
nukleofil
-:
...
.
..
: .. +
(pocetni)
nukleofilhidridni jon H: -
+
..
: ..:
..
:
-
: .... -
..
: ..
.. - ..:
+
-
oksidise se
redukuje se
alkoksidni jonjaka baza karboksilna
kiselina
intermedijar
"-" šarža na O pomaze otcepljenje hidridnog jona
2.1. Ukrštena Cannizzaro–va reakcija ▪ Reaguju 2 različita aldehida bez α–H–atoma – jedna komponenta se uvek uzima u višku. ▪ Formaldehid se lako oksidiše (veoma reaktivan, lakše će ga napasti nukleofil) – uzima se kao komponenta u višku.
OCH2OH
OO
CHO
+HCH HCOO Na- +
formaldehid natrijum-formijat
CH3
konc. NaOH+
CH3
4-metoksibenzen-karbaldehid
(4-metoksifenil)metanol(p-metoksibenzil-alkohol)
(anisaldehid)(p-metoksibenzaldehid)
73
Halogenovanje aldehida i ketona ▪ Halogeni reaguju sa ugljenikom u susedstvu karbonilne grupe (α–C–atom) aldehida i ketona. ▪ Halogenovanje može da se vrši u kiseloj ili baznoj sredini.
C
H
C
O
H C C
O
H
X
+ X2
kiselina ili baza
(H ili OH )-+α α
+ HX
α-halogen karbonilno jed.X2 = Cl2, Br2, I2
(R) (R)
▪ Obim halogenovanja zavisi od toga da li je sredina kisela i li bazna:
• bazna sredina – potpuno halogenovanje α–C–atoma (zamene svih α–H–atoma halogenom),
• kisela sredina – α–halogenovanje staje posle uvođenja jednog atoma halogena.
C
O
HCH3CH2
C
O
HCH3C
Br
Br
C
O
HCH3CH
Br
Br2, NaOH/H2O
Br2, CH3COOH
(bazna sredina)
(kisela sredina)
propanal
2,2-dibrompropanal
2-brompropanal
Cl C
Cl
Cl
C
O
CH2CH3
O
Cl
OCl2, NaOH/H2O
Cl2, CH3COOHCH2CCH2CH3
(bazna sredina)
(kisela sredina)
CH3CCH2CH3
2-butanon
1,1,1-trihlor-2-butanon
1-hlor-2-butanon
(etil-metil-keton)
74
Haloformska reakcija (test na metil-ketone)
▪ Trihalogenski proizvod, nastao α–halogenovanjem metil-ketona u baznoj sredini, reaguje u prisustvu baze dajući odgovarajući haloform i karboksilatni anjon:
C
O
R CH3
C
O
R CX3
X2, NaOH/H2O
(bazna sredina)
R = alkil- ili aril-grupametil-keton RCOO Na + CHX3
- +
haloform(talog)
NaOH/H2O
▪ Mehanizam haloformske reakcije:
O
R C
O
OH
CX3 RC O H
O
O
+ OH:
katalizatorbaza
-
:
RCCX3
-:
..
....
..: :
..
:
+ CX3:
:
..
..
RCO - + CHX3
haloform
so karboksilnekiseline
-
C
O
R CH3
R = alkil- ili aril-grupa
RCOO Na
metil-keton
NaOH+ CHX3
- +
haloform(talog)X2 = I2, Br2, Cl2
Haloformska reakcija
+ X2
75
▪ Kada je u pitanju jod, trijodmetan (jodoform) se izdvaja kao žuti talog.
C
O
CH3COO Na
COOH
I2, NaOH+ CHI3
- + H3O+
+ CHI3
���� Pažnja:
H C
O
CH3H C
O
OH1) I2, NaOH
2) H , H2O+ + CHI3
H C
O
OH1) I2, NaOH
2) H , H2O+ + CHI3CH3CH2OH
Prvo se oksidiše do acetaldehida!!!
76
Hemijske osobine α,β-nezasićenih aldehida i ketona
▪ Već smo naučili da su proizvodi aldolnih kondenzacija α,β-nezasićeni aldehidi i ketoni tzv. konjugovani ENONI:
O
CH3 C
OH
H
CHCH
H
O
CH3CH CHCH
O
2 CH3CH
(acetaldehid)
OH , H2O-
∆etanal
OH , H2O
α,β-nezasiceni aldehid
(krotonaldehid)2-butenal
-
O O
H C
OH
H
CHCH
H
O
CH2 CHCH
O
HCH + CH3CHOH , H2O
-
∆
OH , H2O
α,β-nezasiceni aldehid
(akrolein)propenal
-
▪ α,β-nezasićeni aldehidi i ketoni su stabilniji od svojih nekonjugovanih izomera.
CH2 CH CH
O
CH2 CH CH
O
H2C CH CH
O
rezonanciona stabilizacija akroleina
: : -..
: ..
+
: -
: ..
+
▪ Stabilizovani su rezonancijom čime se delokalizuje parcijalno pozitivno naelektrisanje kabronilnog C–atoma!!! ▪ Dvostruka veza je osiromašena elektronima a β– C–atom je elektrofilan.
77
CH2 CHCH
OCH2 OH
CH OH
C OH∆
akroleinH2glicerol
KHSO4+ H2O
Laboratorijska sinteza:
CH2 CH
OH
CH2
OH OH
S
O
O
O KOH
CH2 CH
OH
CH2
OH2 OH
CH2 CH
OH
CH
H
OH
CH2 CH
OH
C
OH
CH2 CH2
OH
C
O
H
CH2 CHCH
O
H2C CH C
O
H
H
OH2
- +
..
:
.. :..:
..
:
..:
.. ..:: : .... ..: :+
- H2O
+ H2O....: :
+
..: ..:
H
- H+
+ H+
- H+
+ H+
..:
. ...
- H2Otautomerizacija
...
.
- H+
..+
78
ADICIONE REAKCIJE ▪ Adicione reakcije α,β-nezasićenih karbonilnih jedinjenja se klasifikuju kao:
�1,2-adicije (učestvuje samo jedna π–veza konjugovanog sistema),
�1,4-adicije (učestvuju obe π–veze konjugovanog sistema).
1,2-Adicija polarnog reagensa A–B
C
O
CCA B
C
B
C
C
A
O
CCC
OA
B
δ+
δ_
+
elektrofilnideo
nukleofilnideo
1,2-adicija na dvostruku C-C vezu
1,2-adicija na karbonilnu grupu
79
1,4-Adicija polarnog reagensa A–B
▪ 1,4-adicije se zovu i konjugovane adicije!
C
O
CCA B C
B
C
C
O A
C
B
C
C
O H
C
B
C
H
C
O
δ+
δ_
+
elektrofilnideo
nukleofilnideo
1,4-adicija αβ
β α
β α
enol-oblik keto-oblikizomerizacija
A = H
Cini se da je doslo do 1,2-adicije NuH na dvostruku vezu C-C!!!
1,4-adicija
▪ Nukleofili koji mogu da stupe u 1,4-adiciju:
� halogenovodonici,
� voda (kisela– ili bazna–kataliza),
� alkoholi (kisela– ili bazna–kataliza),
� cijanovodonik (kisela–kataliza).
80
C
O
CC
C
X
C
H
C
O
C
OH
C
H
C
O
C
OR
C
H
C
O
C C
H
C
O
CN
1,4-adicija αβ
β αHX
(HX = HCl, HBr, HI)
H2O
ROH
HCN
β α
β α
β α
β-halogen karbonilnojedinjenje
β-hidroksikarb. jed.
β-alkoksikarb. jed.
β-cijanokarb. jed.
CH2 CH CH
O
CH2 CHCH
Br H
O
+ HBr
(akrolein)propenal
3-brompropanal(β-brompropionaldehid)
CH2 CH CCH3
O
CH2 CHCCH3
OH H
O
+ H2OCa(OH)2
3-buten-2-on
4-hidroksi-2-butanon
C CHCH3
CH3
CCH3
O
O H
O
+ CH3OHH2SO4
4-metil-3-penten-2-on
(CH3)2C CHCCH3
4-metoksi-4-metil-2-pentanon
H3C
CCH CH2
O
CCH CH2
O
CNH
+ KCNH2SO4
1-fenilpropenon4-fenil-4-oksobutanonitril
81
Mehanizam 1,4-adicije HBr
C
O
CC
C
O
CC
H
C
O
CC
H
C
O
CC
H
C
O
CC
H
C C CO
BrH
C C CO
Br
H
H Br
:
αβ
1,4-adicija HBr
:
αβ
..+
αβ
..:
+αβ
..:
+
rezonancijom stabilizovan katjonelektrofil
nukleofil
..
+
αβ
elektrofil
+
.. : -
1 protonovanje
2
1
2
3 tautomerizacija
nukleofilni napad na β-C-atom
β-halogen karbonilno jedinjenje
....β α
enol-oblik
3
keto-oblik
β α
...
.
Br..
:
bromidni jon
Elektrofilni deo reagensa, proton, se adira na kraj konjugovanog sistema na karbonilni O (ne na β-C-atom) jer tako nastaje najstabilniji intermedijarni katjon stabilizovan rezonancijom,kod koga je "+" šarža na C-atomima.
Nukleofilni deo reagensa, negativni jon, napada β-C-atom (ne karbonilni C) jer tako nastaje stabilniji proizvod.
1
2
▪ Potpuno analogan je mehanizam kiselo-katalizovane 1,4-adicije pri čemu je nukleofil nenaelektrisan (:Nu–H).
82
Mehanizam kiselo–katalizovane 1,4-adicije
C
O
CC
C
O
CC
H
C
O
CC
H
C
O
CC
H
C
O
CC
H
C C CO H
C C CO
H
C C CO
OH
H
:
αβ
Kiselo-katalizovana 1,4-adicija H2O
:
H +
αβ
..+
αβ
..:
+αβ
..:
+
rezonancijom stabilizovan katjon
elektrofil
nukleofil
..
+
αβ
elektrofil
..:
1 protonovanje
2
1
2
3 tautomerizacija
nukleofilni napad na β-C-atom
β-hidroksi karbonilno jedinjenje
....β α
enol-oblik
3
keto-oblik
β α
...
.
H2O..
+..
+
+
+
β α...
.
H2O
H2O
keto-oblik
4 deprotonovanje
Proton se adira na kraj konjugovanog sistema na karbonilni O (ne na β-C-atom) jer tako nastaje najstabilniji intermedijarni katjon stabilizovan rezonancijom,kod koga je "+" šarža na C-atomima.
Nukleofilni reagens napada β-C-atom (ne karbonilni C) jer tako nastaje stabilniji proizvod.
1
2
4H-