p5-derivati karboksilnih kiselinaelektron.tmf.bg.ac.rs/organskahemija/p5-derivati...
Post on 09-Nov-2018
244 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
Derivati karboksilnih kiselina
Značaj
� Sinteza� poliestri, poliamidi, lekovi, boje, pigmenti,
sapuni ... � Rastvarači
� estri, amidi, nitrili� Industrijska primena
� prehrambena ind., industrija parfema� Biološki značajna jedinjenja
� masti i ulja, � nosioci mirisa, � peptidi (belančevine)� hormoni� antibiotici
2
Podela
� Alkanoil-halogenidi (halogenidi k.k.)� Anhidridi k.k.� Estri k.k.� Amidi k.k.� Nitrili
Alkanoil-halogenidi (halogenidi k.k.)
� Imenuju se promenom imena alkanske kiseline iz koje nastaju u ALKANOIL-HALOGENIDE.
� Halogenidi cikloalkankarboksilnih kiselina zovu se CIKLOALKANKARBONIL-HALOGENIDI.
RC
O
X
R = alkil- ili aril-grupa.
X = F, Cl, Br, I
3
Alkanoil-halogenidi (halogenidi k.k.)
C
O
Cl
Cl
O
C
O
I
OOCH
3
cikloheksankarbonil-hlorid
pentanoil-hlorid
benzoil-jodid
CH3CCl
etanoil-hlorid(acetil-hlorid)
CH3CHCH2CBr
3-metilbutanoil-bromid
Alkanoil-halogenidi (halogenidi k.k.)
� Najznačajniji predstavnici su alkanoil-hloridi.� Dobijaju se delovanjem hlorida
mineralnih kiselina na k.k.
R
O
Cl Ar
O
ClRCOOH
ili
ArCOOH
SOCl2
PCl3
PCl5
ili
4
Anhidridi k.k.
� Imenuju se dodajući izraz ANHIDRIDimenu kiseline (ili imenima, u slučaju mešovitih)
RC
O
OC
O
R
R = alkil- ili aril-grupa.
Anhidridi k.k.
O O
O OO
O
O
O
O
O
O
CH3COCCH3
anhidridetanske k.
(anhidrid sircetne k.,acetanhidrid)
anhidrid2-buten-dikiseline
(anhidrid maleinske k.maleinanhidrid)
anhidridetanske i propanske k.
anhidrid1,2-benzendikarboksilne k.
(anhidrid ftalne k.,ftalanhidrid)
5
Dobijanje anhidrida k.k.
� Reakcija k.k. sa alkanoil-hloridima� Reakcija Na-soli k.k. sa alkanoil-
hloridima� Reakcija k.k. sa acetanhidridom
Reakcija k.k. sa alkanoil-hloridima
� Mogu se dobiti prosti (R = R') ili mešoviti (R≠R') anhidridi.
O O O O∆
RCOH + ClCR' + HClRCOCR'
6
Reakcija Na-soli k.k. sa alkanoil-hloridima
� Mogu se dobiti prosti (R = R') ili mešoviti (R≠R') anhidridi.
O O OO
RCO Na + ClCR' + Na ClRCOCR'+- + -
C
O
Cl C
O
OC
O
CH3CH3COO Na +
benzoil-hlorid(anhidridsircetne i benzoeve k.)
- +
natrijum-etanoat
(natrijum-acetat)
Reakcija k.k. sa acetanhidridom
O O OO O∆
2RCH2COH + + 2CH3COOHRCH2COCCH2RCH3COCCH3
acetanhidrid(dehidrataciono sredstvo)
Acetanhidrid se dobija iz ketena: CH2
C OCH3COOHetanska k.
(sircetna k.)
AlPO4
700 oCH2O +
etenon(keten)
CH2 C O
O O
CH2 C O
OH
C
O
CH3
CH3COCCH3
anhidrid etanske k.(acetanhidrid)
+ CH3COOH
adicija sircetne k. na karbonilnu grupu ketena
7
Dobijanje cikličnih anhidrida
� Zagrevanjem dikarboksilnih kiselina (intramolekulska dehidratacija) dobijaju se ciklični anhidridi.� Nastaju stabilni peto– ili šestočlani prstenovi.
CH2
CH2
COH
COH
O
O
O
O
O
∆+ H2O
butan-dikiselina
(cilibarna k.)
anhidrid butan-dikiseline
(anhidrid cilibarne k.)
oksa-2,5-ciklopentandionO
OH
O
OH
O
O
O∆
+ H2O
1,2-benzendikarboksilna k.
(ftalna k.) (anhidrid ftalne k.)
(ftalanhidrid)
anhidrid1,2-benzendikarboksilne k.
Estri k.k.
� Imenuju se kao ALKIL-ALKANOATI.� Uobičajeno (trivijalno) ime cikličnih
estara je LAKTON, a po IUPAC–u su to OKSA-2-CIKLOALKANONI.
RC
O
O R'
R, R' = alkil- ili aril-grupa
8
Estri k.k.
O
O
C
O
OCH
3
NH2
O
O
O O
3-metilbutil-etanoatmetil-(2-amino)benzoat
(metil-antranilat)
oksa-2-ciklobutanon
(β-propiolakton)5-metiloksa-2-ciklopentanon
(γ-valerolakton)
1
2
3(α)(β)
(γ)
1
2
4
(α)
(β)
5
(izopentil-acetat)
Dobijanje estara k.k.
� Esterifikacija� Intramolekulska dehidratacija γ- i δ-
hidroksi kiselina� sinteza cikličnih estara (laktona)
� Reakcija alkanoil-hlorida i alkohola (ilifenola)
� Reakcija anhidrida k.k. i alkohola (ilifenola)
� Reakcija soli k.k. i halogen-alkana� Reakcija estra k.k. i alkohola ili fenola
(transesterifikacija)
9
Esterifikacija
Videti k.k.!
RCOOH + R'OH RCOOR' + H2OH
+
Intramolekulska dehidratacija γ- i δ-hidroksi kiselina
COHCH
2
CH2
CH
2
O
OH
O
O
4-hidroksibutanska k.
(γ-hidroksibuterna k.)
H2SO4, H2O; ∆
+ H2O
oksa-2-ciklopentanon
(γ-butirolakton)
α
βγ
(α)
(β)
(γ)
12
3
4
5
1
23
4
CH2
COH
CH2
O
CH2
OH
O
O
(α)
(β)
(γ)
5-hidroksipentanska k.
(δ-hidroksivalerijanska k.)
H2SO4, H2O; ∆+ H2O
oksa-2-cikloheksanonCH2
(δ)
α
β
γ δ
(δ-valerolakton)
12
3
4
5
12
3
4
5
6
10
Reakcija alkanoil-hlorida i alkohola
O
RCCl + R'OH RCOOR' + HCl
ili
ArOH
ili
RCOOAr
O
Cl OH
O
O+
benzoil-hlorid (benzil-alkohol)
fenilmetanolfenilmetil-benzoat(benzil-benzoat)
Reakcija anhidrida k.k. i alkohola
O O
RCOCR + R'OH RCOOR' + RCOOH
ili
ArOH
ili
RCOOAr
∆
O
O
O
OH
O
O
COOH
+
anhidridbenzenkarboksilne k. (benzil-alkohol)
fenilmetanol fenilmetil-benzoat
(benzil-benzoat)
+∆
11
Reakcija anhidrida k.k. i alkohola
O
O
O
CH2
CH2
COOCH3
COOH
∆+ CH3OH
anhidridbutan-dikiseline
(anhidrid cilibarne k.)
(kiseli metil-estar cilibarne k.)
(monometil-sukcinat)
O
O
O
CH2
CH2
COOCH3
COOCH3
∆+ 2CH3OH
(metil-estar cilibarne k.)
(dimetil-sukcinat)
Reakcija soli k.k. i halogen-alkana
O
RCOOR'RCO Na + R'X + Na X+- + -
1o
Cl
O
O
O
O Na+- +
natrijum-etanoat(natrijum-acetat)
(benzil-hlorid)hlorfenilmetan fenilmetil-etanoat
(benzil-acetat)
12
Reakcija estra k.k. i alkohola ili fenola(transesterifikacija)
R C
O
OR"
R C
O
OR'
ili
ArOH
ili
RCOOAr
H ili OH+ -
+ R'OH + R"OH
CH3COOCH2CH3 + CH3OHH ili OH
+ -
CH3COOCH3 + CH3CH2OH
etil-etanoat
(etil-acetat)
metanol metil-etanoat(metil-acetat)
etanol
Biodizel
OOCR
OOCR'
OOCR''
OH
OH
OH
+ CH3OH
RCOOCH3
R'COOCH3
R"COOCH3
+
+
+
H ili OH+ -
•Biodiezel - dizel gorivo dobijeno iz biljnih ulja ili životinjskih mastina bazi alkil-(metil-, propil- ili etil-) estara.
•Smeša alkil-estara viših masnih kiselina.•Reakcija se izvodi obično sa NaOH u CH3OH ili sa NaOCH3.•U smeši NaOH i CH3OH samo je 50% CH3OH prevedeno u CH3ONa (+H2O – saponifikacija).•Nukleofil u reakciji je CH3O- (metoksidni jon).
triglicerid glicerol
13
Amidi k.k.
� Imenuju se kao ALKANAMIDI.� Kod uobičajenih imena, završetak –SKA KISELINA
zamenjuje se sufiksom AMID.� U cikličnim sistemima završetak –KARBOKSILNA
KISELINA zamenjen je sufiksom KARBOKSAMID.� Supstituenti na azotu označavaju se prefiksom N-
ili N,N- u zavisnosti od broja supstituenata.� Uobičajeno (trivijalno) ime cikličnih amida je
LAKTAM, a po IUPAC–u su to AZA-2-CIKLOALKANONI.
RC
O
NH2
RC
O
NHR' RC
O
NR'2
R, R' = alkil- ili aril-grupa
1o 2o3o
Amidi k.k.
O
NH2
O
NH
O
NH2
O
NH2
C
O
NCH
3
CH3
CH3
NH
O
12
3
(β)
(γ)
4
(α)
5
(acetamid)
etanamidN-etilpropanamid
(N-etilpropionamid)cikloheksankarboksamid
benzenkarboksamid
(benzamid) 2,N,N-trimetilbenzenkarboksamid
(2,N,N-trimetilbenzamid)
6(δ)
aza-2-cikloheksanon
(δ-valerolaktam)
14
Dobijanje amida k.k.
� Reakcija termičke dekompozicije amonijum-soli k.k.
� Reakcija alkanoil-hlorida i amonijaka, 1° i 2°amina
� Reakcija anhidrida k.k. i amonijaka, 1° i 2°amina
� Reakcija estara k.k. i amonijaka, 1° i 2° amina� Intramolekulska dehidratacija γ- i δ-amino k. � Reakcija anhidrida dikarboksilnih k. i
amonijaka, 1° amina� Reakcija dikarboksilnih k. i amonijaka, 1°
amina
Reakcija termičke dekompozicijeamonijum-soli k.k.
O
RCOOH + NH3 RCNH2 + H2O+RCOO NH4
- ∆
amonijum-so k.k.
amonijum-alkanoat1o
amid
Videti k.k.
15
Reakcija alkanoil-hlorida i amonijaka, 1°i 2°amina
R
O
NH2
R
O
Cl R
O
NHR'
R
O
NR'2
2NH3
2R'NH2
2R'2NH
+ NH4 Cl+ -
+ R'NH3 Cl+ -
1o amid
2o amid
+ R'2NH2 Cl+ -
3o amid
Reakcija alkanoil-hlorida i amonijaka, 1°i 2°amina
NH2 NH
3 ClO
Cl
O
NH
+ -
(anilinijum-hlorid)
+ 2
(N-fenilbenzamid)
N-fenilbenzenkarboksamid
+
benzoil-hlorid(anilin)
benzenamin
O
CH3
O
CH3
H+ -
CH3CH2CCl + 2CH3CH2NCH3 CH3CH2CNCH2CH3 + CH3CH2NH2 Cl
propanoil-hlorid
(propionil-hlorid) (etilmetilamin)
N-metiletanamin
N-etil-N-metilpropanamid
(N-etil-N-metilpropionamid)
etilmetilamonijum-hlorid
16
Reakcija anhidrida k.k. i amonijaka, 1°i 2°amina
R
O
O
O
R R
O
NH2
+ 2NH3 + RCOO NH4
+-
1o amid
∆
O
O
O O
N(CH3)2
COO NH2(CH
3)2
+-
anhidridbenzenkarboksilne k.
dimetilamonijum-benzoat
+
+ 2HN(CH3)2
(N,N-dimetilbenzamid)
N,N-dimetilbezenkarboksamidN-metilmetanamin
(dimetilamin)
∆
Reakcija anhidrida k.k. i amonijaka, 1°i 2°amina
O
O
O
O
NH2
O
O NH4
O
NH2
O
OH+-
anhidridbutan-dikiseline
(anhidrid cilibarne k.)
∆+ 2NH3
H , H2O+
(poluamid cilibarne kiseline)
(sukcinaminska k.)
poluamid butan-dikiseline
O
O
O
COO NH4
CONH2
CONH2
COOH+-
anhidridpentan-dikiseline
(anhidrid glutarne k.)
∆+ 2NH3
H , H2O+
(poluamid glutarne k.)
poluamid pentan-dikiseline
17
Reakcija estara k.k. i amonijaka, 1°i 2°amina
R
O
OR' R
O
NH2
+ NH3+ R'OH
1o amid
∆
O
O
O
NHCH3
∆CH3
metil-estar cikloheksankarboksilne k.
+ H2NCH3 + CH3OH
N-metilcikloheksan-karboksamid
COOCH2CH3CON(CH
3)2∆
etil-benzoat
+ HN(CH3)2
N,N-dimetilbenzen-karboksamid
(N,N-dimetilbenzamid)
+ CH3CH2OH
Intramolekulska dehidratacija γ- i δ-amino k.
� sinteza cikličnih amida (laktama)
NH2
COOH
NH
O
4-aminobutanska k.
(γ-aminobuterna k.)
+ H2O
aza-2-ciklopentanon
(γ-butirolaktam)
α
βγ
(α)
(β)
(γ)
1
2
3
45
2
3
4
∆ 1
NH
O
NH2
COOH(α)
(β)
(γ)5-aminopentanska k.
(δ-aminovalerijanska k.)
∆+ H2O
aza-2-cikloheksanon
(δ)
αβ
γδ
(δ-valerolaktam)
5
12
3
4 6
12
3
4
5
18
Reakcija anhidrida dikarboksilnih k. i amonijaka, 1°amina
� sinteza imida (azotovi analozi cikličnihanhidrida)
O
O
O
O
NH2
O
O NH4
NH
O
O
+-
anhidridbutan-dikiseline
(anhidrid cilibarne k.)
∆+ 2NH3
∆
- H2O
aza-2,5-ciklopentandion
(butanimid)
(sukcinimid)
- NH3
O
O
O
COO NH4
CONH2 NH
O
O
+-
anhidridpentan-dikiseline
(anhidrid glutarne k.)
∆+ 2NH3
aza-2,6-cikloheksandion
∆
- H2O
(pentanimid)
- NH3
Reakcija dikarboksilnih k. i amonijaka, 1°amina
NH
O
O
COOH
COOH
∆
aza-2,6-cikloheksandion
5
12
3
46
pentan-dikiselina
+ 2NH3- 2H2O
-NH3
COOH
COOH COO NH4
CONH2
O
NH2
O
OHNH
O
O
∆
butan-dikiselina
(cilibarna k.)
+ 2NH3
- +- H2O
(poluamid cilibarne kiseline)
(sukcinaminska k.)
poluamid butan-dikiselineaza-2,5-ciklopentan-dion
(butanimid)
(sukcinimid)
∆
- H2ONH3 +
- NH3
COOH
COOH
NH
O
O
∆+ 2NH3
1,2-benzemdikarboksilna k.
(ftalna k.) 1,2-benzendikarboksimid
(ftalimid)
- 2H2O
-NH3
Analogno reaguju 1° amini.
19
Nitrili
� Smatraju se derivatima k.k. jer:� hidrolizom daju k.k.� lako se transformišu u druge derivate k.k.� nitrilni C–atom je istog oksidacionog stanja kao
i karboksilni C.
R C N
Ar C N
C N
H
HH
0.1462 nm
0.1095 nm 0.1157 nm109.5 o
109.1 o
C i N atom C-N veze sp-hibridizovani!
Nitrili
� Imenuju se kao ALKANONITRILI.� Uobičajena (trivijalna) imena izvode se obično
zamenom nastavka –SKA KISELINA sufiksom NITRIL.� Cijanocikloalkani se imenuju kao
CIKLOALKANKARBONITRILI.� Kao supstituent, –C≡N se zove CIJANO.
CH3
C N
CH3
NN
N CN
etanonitril(acetonitril)
CH3CHCH2CN
3-metilbutanonitril
(3-metilbutironitril)butanodinitril
(sukcinonitril)
ciklopentankarbonitril benzenkarbonitril
(benzonitril)
(metil-cijanid) (2-metilpropil-cijanid)
(ciklopentil-cijanid)
(fenil-cijanid)
20
Dobijanje nitrila
� Alkanonitrili (alkil-cijanidi) izhalogenalkana
� Aromatični nitrili (aril-cijanidi) izdiazonijumovih soli
� Dehidratacija 1° amida
Dobijanje nitrila
� Alkanonitrili (alkil-cijanidi) iz halogenalkanareakcijom nukleofilne supstitucije halogenacijanidnim jonom
� Aromatični nitrili (aril-cijanidi) iz diazonijumovihsoli i CuCN (Sandmeyer–ova reakcija)
R X R CN+ KCN + K X
1o
(3o eliminacija!!!)
DMSO ili DMF
N NAr
Ar CN+ -
ClCuCN
21
Dobijanje nitrila dehidratacijom 1°amida
R
O
NH2
Ar
O
NH2
R CN
Ar CNili
P2O5, ∆
- H2Oili
C
O
NH2
C NP2O5, ∆
- H2O
(benzamid)
benzenkarboksamidbenzenkarbonitril
(benzonitril)
Fizička svojstva
� Prisustvo polarizovane karbonilne grupe čini derivate k.k. polarnim jedinjenjima
� hloridi, anhidridi i estri imaju t.k. bliske t.k. aldehida i ketona iste M.M.
� amidi imaju više t.k. zbog stvaranja intermolekulskih vodoničnih veza
O C
R
N
H
H O C
R
N
H
H
O
CH3CCl
O
CH3COCCH
3
O O
CH3CNH
2
22114051t.k. (°C)
Jedinjenje
22
� granica rastvorljivosti u vodi je 3 do 5 C atoma za estre i 3 do 6 C atoma za amide
� derivati k.k. su rastvorni u uobičajenim organskim rastvaračima
� isparljivi estri imaju prijatan, karakterističan miris
� hloridi imaju oštar, iritirajući miris
Fizička svojstva
Reakcije derivata k.k.
Nukleofilna acilna supstitucija� Hidroliza� Alkoholiza� Amonoliza i aminoliza
23
Nukleofilna acilna supstitucija
� Mehanizam adicije–eliminacije� Najvažniji reakcioni put za dobijanje derivata
k.k., kao i za njihove meñusobne transformacije!
� Nukleofil napada karbonilni C (adicija) i nastaje tetraedarski intermedijer, koji se razlaže uz eliminaciju odlazeće grupe.
� Ukupna reakcija je supstitucija odlazeće grupe nukleofilom!
� Adiciono–eliminacione reakcije mogu biti katalizovane kiselinom ili bazom.
Nukleofilna acilna supstitucija
C
O
R L
Cl
O C
O
R'
O R'
NH2
NHR'
NR'2
..
: :
derivat k.k.
alkanoil-hlorid - L =
anhidrid - L =
estar - L =
amid - L =
..:
..
..:
..
:
..
..
..
..
..
24
Nukleofilna acilna supstitucija
� Mehanizam kiselo–katalizovane, adiciono eliminacione reakcije
� Faza 1: protonovanje
RC
O
L RC
O
L
H
RC
O
L
H
RC
O
L
H
: :
..
..
+ H+
- H+
..
+
+
karbokatjon stabilizovan rezonancijom
(aktivirana karbonilna grupa za napad nukleofila)
..
..:
+
..:
(supstrat)derivat kiseline
Nukleofilna acilna supstitucija
� Faza 2: adicija–eliminacija
C
OH
R L
Nu HR
C
O
L
H
C
OH
R L
Nu
C
OH
R LH
Nu
RC
O
Nu
H
+ NuH:
+
..: ..
+ H+
- H+
..
..+
..: ..
- H+
+ H+
: ..
:
LH:
+
1
2
1 adicija
2 eliminacija
nukleofil
odlazeca grupaprotonovani
proizvod supstitucije
+
+
•Faza 3: deprotonovanje
RC
O
Nu
H
RC
O
Nu
: +
+ H+
- H+ :
..
proizvod supstitucije
25
Nukleofilna acilna supstitucija
� Mehanizam bazno–katalizovane, adiciono eliminacione reakcije
� Faza 1: deprotonovanje NuH
Nu H H B: : + B-
Nu -
bazanenaelektrisaninukleofil
naelektrisaninukleofilkatalizator
+
Nukleofilna acilna supstitucija
� Faza 2: adicija–eliminacija
� Faza 3: regeneracija katalizatora
O
CR L
R C
O
Nu
L
O
CR Nu
Nu
:..
:..
:..
:..-
: ::
L:-
1 adicija 2 eliminacija
1 2
nukleofilodlazeca grupaproizvod
supstitucijederivat kiseline
(supstrat)
-
++
L HH B..
: + B-
bazaregenerisanikatalizator
: L -
+
26
Relativna reaktivnost derivata k.k. u reakcijama nukleofilne supstitucije
� U reakciji nukleofilne supstitucije sa vodom (hidroliza):
C
O
NR'2
R
C O C
O
R'
O
R
C
O
R O R'
C Cl
O
R
..:
..
:
..
..
::..
: :
: :
+ H2O..:
..: :
20 oC
brzo
sporo
vrlo sporo
izuzetno sporo
+ H2O20 oC
+ H2O∆H ili OH ;
+ -
+ H2O∆H ili OH ;
+ -
najreaktivniji
najmanje reaktivan
RCOOH + HCl
RCOOH + R'COOH
RCOOH + R'OH
RCOOH + HNR'2
Relativna reaktivnost derivata k.k. u reakcijama nukleofilne supstitucije
� Redosled relativne reaktivnosti derivatak.k.
� Ovakav redosled relativne reaktivnosti direktno zavisi od strukture -L tj.:� koliko je dobra odlazeća grupa,� kakav elektronski uticaj vrši na susednu
karbonilnu grupu.
C
O
NH2
RC Cl
O
R C O C
O
R'
O
R C
O
R O R'.. :.. ..
:
..
:
..
..::
..: :: :: :
> > >
najmanjereaktivan
najreaktivniji
27
Relativna reaktivnost derivata k.k. u reakcijama nukleofilne supstitucije
� Što je -L slabija baza, bolja je odlazeća grupa, odnosno, bolje će se odvojiti od molekula � derivat k.k. je reaktivniji.
� U sledećem nizu raste baznost odlazeće grupe:
O
Cl < OCR < OR < NH2 -- - -
hloridni jon
karboksilatnijon
alkoksidnijon
amidnijon
Relativna reaktivnost derivata k.k. u reakcijama nukleofilne supstitucije
� Što je karbonilni C–atom u strukturi derivata k.k. elektrofilniji (više δ+), derivat je reaktivniji!!!
� U strukturi -L za karbonilni C-atom su vezani heteroatomi: N, O i Cl, koji se razlikuju po relativnoj elektronegativnosti i veličini (koef. el. negativnosti: 3,0(N); 3,4 (O); 3,2 (Cl)).
� Ukupan elektronski uticaj strukture –L na susednu karbonilnu grupu je odreñen dejstvom njenog:� induktivnog (–I) i � rezonancionog (+R) efekta.
� Kao rezultat sveukupnog elektronskog efekta L grupe, elektrofilnost C–atoma karbonilne grupe opada u nizu:
C
O
R NH2
C
O
R Cl C
O
R O C
O
R' O R'C
O
R..
:
..
:
..
..::
..: :: :: :
> > >
najmanjepozitivan
najpozitivniji
..
..:
28
Relativna reaktivnost derivata k.k. u reakcijama nukleofilne supstitucije
Induktivni efekat� Što je "–I" efekat privlačenja elektrona
duž σ–veze –L grupe veći, to će karbonilni C–atom biti više δ+
(elektrofilniji).� Intenzitet –I efekta L grupe opada u
nizu:
C
O
RC
O
R C
O
R C
O
RO C
O
R' O R'..
:
..
:
..
..::
..: :: :: :
> > >
najmanjepozitivan
najpozitivniji
Cl NH2..
..:
Relativna reaktivnost derivata k.k. u reakcijama nukleofilne supstitucije
Rezonancioni efekat
� Kao i u slučaju k.k. i kod njihovih derivata slob el. par supstituenta može biti delokalizovan na karbonilni O–atom:
� Mogućnost rezonancije dovodi do smanjeneelektrofilnosti karbonilnog C–atoma!
� Što je "+R" efekat odavanja elektrona duž π–veze –L grupe veći, dipolarna rezonanciona struktura (III) će biti više zastupljena, odnosno, molekul derivata kiseline će biti stabilniji (manje reaktivan).
RC
O
L RC
O
L RC
O
L
..+
..
..:
+
..: : : : :
--
(I) (II) (III)
rezonancija u molekulu derivata k.k.
29
Relativna reaktivnost derivata k.k. u reakcijama nukleofilne supstitucije
� Amidi: –L = –NH2
� dipolarna rezonanciona struktura (III) je najzastupljenija (N je najmanje elektronegativan u nizu: O, Cl, N).
� Estri: –L = –OR'� dipolarna rezonanciona struktura (III) je
nešto manje zastupljena (O je elektronegativniji od N).
� Ipak je "+R" efekat –OR' grupe značajan.
Relativna reaktivnost derivata k.k. u reakcijama nukleofilne supstitucije
� Anhidridi: –L = –OCOR'� reaktivniji su od estara jer slob. el.
parove središnjeg O–atoma dele 2 karbonilne grupe, umanjujući tako stabilizaciju molekula rezonancijom.
� Hloridi: –L = –Cl� Najreaktivniji zbog:
� velike rel. el. negativnosti Cl,� slabog +R efekata Cl (slabo
preklapanje velike 3p–orbitale Cl sa 2p–orbitalom karbonilnog C).
30
Relativna reaktivnost derivata k.k. u reakcijama nukleofilne supstitucije
� Reaktivnost aroil-hlorida je znatno smanjena u odnosu na alkanoil-hloride.
O
Cl
O
Cl
O
Cl
O
Cl
+
-..:: ::
+
-..::
+
-..::
+R efekat arom. prstena smanjuje elektrofilnost karbonilnog C-atoma!!!
� Prevoñenje u k.k. i druge derivate� Prevoñenje hlorida u kiseline. Hidroliza� Prevoñenje hlorida u estre. Alkoholiza� Prevoñenje hlorida u amide. Amonoliza i
aminoliza
� Dobijanje ketona. Friedel-Crafts-ovo acilovanje
� Reakcija sa Grignard–ovim reagensima� Redukcija
Reakcije hlorida k.k.
Veoma su reaktivni – nije potreban katalizator !
31
Prevoñenje hlorida u kiseline. Hidroliza
� Veoma burno reaguju sa vodom – hidrolizuju čak i pod uticajem vlage iz vazduha.
R C
O
OH
R C
O
Cl
+ + HClH2O
RC
O
ClR C
O
OH2
Cl
O
CR O H
RC
O
OH
H
..
: :
.. : + HOH..
..:
..
..:
+ HCl
-
-
.. :
+:
..
: :
++ Cl: :
..
..
- H+
: :
..
..
k.k.
adicija
eliminacija
1
21
2
nukleofil odlazeca grupa
Prevoñenje hlorida u kiseline. Hidroliza
CH3
C
O
OH
CH3
C
O
Cl
C
O
OH
C
O
Cl
+ + HClH2O
+ + HClH2O
brzo, eksplozivno
sporo
32
Prevoñenje hlorida u estre. Alkoholiza
� Analogna reakciji hidrolize
� Obično se dodaju baze, kao što su hidroksidi alkalnih metala, piridin ili amini, da neutrališu sporedni proizvod, HCl.
R C
O
OR'
R C
O
Cl
+ HClR'OH +
O O
CH3CCl + CH3CH2CH2OH CH3COCH2CH2CH3 + HN(CH2CH3)3 Cletanol-hlorid 1-propanol
(propil-acetat)propil-etanoat
(acetil-hlorid)
N(CH2CH3)3 + -
trietilamonijum-hlorid
Prevoñenje hlorida u estre. Alkoholiza
� U slučaju aroil-hlorida reakciju alkoholize je moguće izvoditi u vodenoj sredini u prisustvu hidroksida alkalnih metala (baza koja neutrališe HCl) s obzirom na njihovu znatno smanjenu reaktivnost u poreñenju sa alkanoil-hloridima.
O
Cl
O
O+ -
+ CH3OHNaOH/H2O
CH3+ Na Cl
benzoil-hlorid
metanol
metil-benzoat
C
O
O
C
O
Cl
OH+vod. NaOH
fenil-benzoat
33
Prevoñenje hlorida u amide. Amonolizai aminoliza
R C
O
NH2
R C
O
Cl
+ + NH4 Cl2NH3+ -
n-C17
H35
C
O
NH2
n-C17
H35
C
O
Cl
C
O
NH
C
O
Cl
n-C17
H35
C
O
OH
CH2 CH
2
+ + NH4 Cl2NH3
+ -
C6H5-NH2
SOCl2
vod. NaOH, dioksan
Nastali HCl se neutrališe viškom amonijaka ili amina.
Reakcija hlorida sa Grignard–ovim reagensima
RC
O
Cl RC
O
R'
R C
OH
R'
R'alkanoil-hlorid
R'MgX
- MgXCl
1) R'MgX
2) H , H2O+
keton3o alkohol
adicija-eliminacija (nukleofilna acilna supstitucija)
nukleofilna adicija Grignard-ovog reagensa na keton
1
2
1
2
ne može se izolovati
O
CH3
MgBr CH3CH2 C
OH
CH3
CH3CH3CH2CCl
propanoil-hlorid
+ 2
1) aps. etar
2-metil-2-butanol
2) H , H2O+
3o alkohol
34
Reakcija hlorida sa Grignard–ovim reagensima
RC
O
ClR'' MgX R C
O MgX
R''
Cl
RC
O
R''
R'' MgX R C
O MgX
R''
R''
R C
OH
R''
R''
alkanoil-hlorid
keton
= adicija-eliminacija (nukleofilna acilna supstitucija)
nukleofilna adicija Grignard-ovog reagensa na keton
1
3
3
ne može se izolovati
: :
..
.. +
:..
..:
-
..
+
- ClMgX
δ δ+-
+
: : :..
:- +
H , H2O+
3o alkohol
1 2
2
δ-
δ+
+
::
Redukcija hlorida
R
Cl
O
R CH2OH
1) LiAlH4, aps. etar
2) H , H2O+
35
Reakcije anhidrida k.k.
� Prevoñenje u k.k. i njihove derivate� Prevoñenje u k.k. Hidroliza� Prevoñenje u estre. Alkoholiza� Prevoñenje u amide. Amonoliza i
aminoliza
� Dobijanje ketona. Friedel-Crafts-ovo acilovanje
� RedukcijaSa nukleofilima reaguju bez prisustva katalizatora !
Prevoñenje u k.k. Hidroliza
OO O O
RCOCR + H2O RCOH + HOCRanhidrid k.k. k.k. k.k.
R C
O
OH2
O C
O
O
CR O H
RC
O
OH
H
C
O
O C
O O
O
..: :
..+ HOH..
..:
..
..:
+ HOCR
-
-
..
+:
..
: :
+
- H+
: :
..
..
k.k.
21
nukleofil odlazeca grupa
: :
R R..
..: :
R OCR+
: :
:
k.k.
adicija
eliminacija
1
2
..
..: :
36
Prevoñenje u k.k. Hidroliza
O OO O
CH3COCCH3 + H2O CH3COH + HOCCH3
anhidridsircetne k.
sircetna k.
O
O
O
CH2
CH2
COOH
COOH∆
+ H2O
anhidridbutan-dikiseline
(anhidrid cilibarne k.)
butan-dikiselina
(cilibarna k.)
(sukcinska k.)
Prevoñenje u estre. AlkoholizaOO O O
RCOR' + HOCRestar
RCOCR + R'OHanhidrid k.k. k.k.
R C
O
O
O C
O
R' H
O
CR O R'
RC
O
OH
R'
C
O
O C
O O
O
..: :
..+ HOR'..
..:
..
..:
+ HOCR
-
-
..
+
..
: :
+
- H+
: :
..
..
estar
21
nukleofil odlazeca grupa
: :
R R..
..: :
R OCR+
: :
:
k.k.
adicija
eliminacija
1
2....: :
..
O
O
O O
O OH
O
+ CH3OH
anhidridpropanske k.
CH3metil-propanoat propanska k.
+
37
Prevoñenje u amide. Amonoliza i aminoliza
� Analogno reaguju 1° i 2° amini.� Nastala RCOOH se neutrališe viškom amonijaka ili
amina.
O
O
O
CNH2
O
COH
O
CO NH4
O
anhidrid benzoeve k.
+ NH3 (višak)
+-
(benzamid)benzenkarboksamid
+
NH3
amonijum-benzoat
Prevoñenje u amide. Amonoliza i aminoliza
(CH3CO)2O + 2NH3 CH3CONH2 + CH3COO NH4
+-
O
O
O
CH2CONH
2
CH2COO NH
4
CH2CONH
2
CH2COOH
+ 2NH3 - +
H+
sukcinaminska k.amonijum-sukcinamat
38
Redukcija anhidrida
R
O
O
R'
O
R CH2OH R' CH
2OH
1) LiAlH4, aps. etar
2) H , H2O+
+
� Prevoñenje u k.k. i derivate� Prevoñenje u k.k. Hidroliza� Prevoñenje u estre. Transesterifikacija.
Alkoholiza.� Prevoñenje u amide. Amonoliza i
aminoliza
� Reakcija sa sa Grignard–ovim reagensima
� Redukcija u alkohole
Reakcije estara
39
Prevoñenje u k.k. Hidroliza
� U reakcijama adicije–eliminacije sa nukleofilima su manje reaktivni od hlorida i anhidrida k.k.
� Najčešće je nužno prisustvo katalizatora� kiselo-katalizovana� bazno-katalizovana
R C
O
OH
R C
O
OR'
+ H2O
R'OHH+
OH-RCOO + -
+
R'OH
Kiselo–katalizovana hidroliza
� Povratna reakcija!� Mehanizam ove reakcije je suprotan
reakciji esterifikacije – nukleofil je voda, a eliminiše se alkohol!!!
OO
RCOR' + H2O RCOH + HOR'estar k.k. k.k. alkohol
H+
kisela-kataliza
40
Bazno–katalizovana hidroliza
� Reakcija saponifikacije!� Uloga baze (B) je da transformiše slab nukleofil,
vodu, u negativno naelektrisani i veoma nukleofilni hidroksilni jon.
OO
RCOR' + H2O RCO + HOR'estar k.k. so k.k. alkohol
-
bazna-kataliza
B -:
H OH B Hbaza
B +:-
......
OH +:-..
katalizator slabnukleofil
jaknukleofil
Bazno–katalizovana hidroliza
� Kao baza se često koristi sam hidroksilni jon!
O
O
O
O K-CH3
metil-butanoat
KOH/H2O
∆+ + CH3OH
kalijum-butanoat
R C
O
OH
OR'
O
CR O
RC
O
O HC
O
OR' ..
: :
..+ OH..
..:
..
..:
+ HOR'
-
-
..
:
..
: :
: :
..
..
k.k.
21
nukleofilodlazeca grupa
:
R..
: OR'+ :
adicija
eliminacija
1
2
..
..
..-
....
3 alkoksidni jon
alkohol
-
karboksilatni jon
3prevodjenje k.k. u njenu so pod uticajem bazne cestice, alkoksidnog jona
katalizator
41
Bazno–katalizovana hidroliza
� Poslednja faza je nepovratna:� alkoksidni-jon može napasti molekul k.k. kao baza
(deprotonovanje k.k. (3)) i kao nukleofil (napad na karbonilni C-atom (2))
� Radije će, kao baza, deprotonovati kiselinu.� Reakcija prelaska protona sa k.k. na jako bazni
alkoksidni-jon je veoma egzotermna i brza, favorizovana je nastankom karboksilatnog-jona koji je stabilizovan rezonancijom (veoma stabilna čestica).
� Karboksilatni-jon (RCOO–) je slaba baza (znatno slabija baza od alkoksidnog-jona), teško vezuje proton.
� Usled akumulacije "–" šarže karboksilatni-jon je nereaktivan prema nukleofilnom napadu alkoksidnog-jona i molekula alkohola!
� Upravo iz tih razloga bazno–katalizovana esterifikacija nije moguća!
Bazno–katalizovana hidroliza
� SAPONIFIKACIJA
C
C
C
O CR'
O
O CR''
O
O CR'''
O
C
C
C OH
OH
OH
O
O
OH2
H
H2
+ 3NaOH
H2
H
H2
+
R'CO Na
R''CO Na
R'''CO Naglicerol
-
+
- +
-
+
sapuni
triglicerid
(mast ili ulje)
42
Prevoñenje u estre. Transesterifikacija. Alkoholiza
� Reakcija transesterifikacije – direktna transformacija jednog estra u drugi, bez nastajanja slobodne k.k.
� Reakcija je katalizovana kiselinom ili bazom!
� Ravnotežna reakcija � da bi se ravnoteža pomerila u "desno" obično se
koristi veliki višak alkohola (R"OH).
OO
RCOR'' + HOR'estar
RCOR' + R''OHalkohol alkoholestar
H ili OR''-+
O
OCH2CH
3
O
O
etil-butanoat
+ CH3OH
H2SO4
NaOCH3
CH3
metil-butanoat
+ CH3CH2OH
metanoletanol
Prevoñenje u estre. Transesterifikacija. Alkoholiza
� Mehanizmi transesterifikacije katalizovani kiselinama ili bazama analogni su mehanizmima hidroliza u odgovarajuće k.k.:� kisela–kataliza
� započinje protonovanjem karbonilnog O estra nakon čega sledi nukleofilni napad molekula alkohola na karbonilni C
� bazna–kataliza � započinje deprotonovanjem alkohola, a nastali
alkoksid (–OR"), nukleofil, se adira na karbonilnu grupu estra.
43
Prevoñenje u amide. Amonoliza i aminoliza
� U reakciji nije potreban katalizator, ali je reakcionu smešu neophodno zagrevati!
� Analogno reaguju amonijak i 2° amini.
CNHCH3
OO
COCH2CH3
(N-metilbenzamid)
N-metilbenzenkarboksamid
+ H2NCH3
∆+ CH3CH2OH
CH3COOC2H5 + NH3 CH3CONH2 + C2H5OH
acetamid
Reakcija estara sa Grignard–ovim reagensima
RC
O
OR' RC
O
R''
R C
OH
R''
R''estar
R''MgX
- R'OMgX
1) R''MgX
2) H , H2O+
keton3o alkohol
adicija-eliminacija (nukleofilna acilna supstitucija)
nukleofilna adicija Grignard-ovog reagensa na keton
1
2
1
2
ne može se izolovati
CH3 MgBr C
OH
CH3
CH3COCH2CH3
O
+ 2
1) aps. etar
2-fenil-2-propanol
2) H , H2O+
3o alkohol
etil-benzoat
44
Reakcija estara sa Grignard–ovim reagensima
RC
O
OR'R'' MgX R C
O MgX
R''
OR'
RC
O
R''
R'' MgX R C
O MgX
R''
R''
R C
OH
R''
R''
estar
keton
= adicija-eliminacija (nukleofilna acilna supstitucija)
nukleofilna adicija Grignard-ovog reagensa na keton
1
3
3
ne može se izolovati
: :
..
.. +
:..
..:
-
..
+
- R'OMgX
δ δ+-
+
: : :..
:- +
H , H2O+
3o alkohol
1 2
2
δ-
δ+
+
Redukcija
R RCOOR' + 2H2
CuO CuCr2O4
250 oC, pritisakCH2OH' + R'OH
1 o alkohol
COOC2H
5 CH2OH+ 2H2
CuO CuCr2O4
250 oC, pritisak+ C2H5OH
etil-2,2-dimetilpropanoat 2,2-dimetilpropanol
Primer
Katalitičko hidrogenovanje
45
Redukcija
R
R
COOR'CH2OH'
4 + 2LiAlH4 +
R'OH
LiAl(OCH2R)4
LiAl(OR')4
H+anhid. etar
+
LiAlH4 H+
anhid. etarCH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOCH3
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CH2OH
metil-cis-9-oktadekenoat
cis-9-oktadeken-1-ol
oleil-alkohol
metil-oleat
Primer
Hemijska redukcija
litijum-tetraalkoksi-aluminat
Redukcija
O
O
HOCH2CH
2CH
2CH
2OH
1) LiAlH4, aps. etar
2) H , H2O+
HOCH2CH
2CH
2CH
2CH
2OH
O
O
1) LiAlH4, aps. etar
2) H , H2O+
46
Amidi
� Najmanje reaktivni derivati k.k.,delimično i zbog toga što su jako stabilizovani delokalizacijom slob. el. para atoma azota.
� Posledica toga je da adiciono–eliminacione reakcije u koje stupaju, zahtevaju oštre reakcione uslove.
Reakcije amida
� Baznost i kiselost� Hidroliza
� kiselo–katalizovana� bazno–katalizovana
� Prevodjenje u imide� Hofmann-ovo premeštanje
(degradacija amida)� Redukcija
47
Baznost i kiselost
� Amidi su amfoterna jedinjenja
� Mogu da reaguju kao:� slabe baze i� slabe kiseline
Baznost
� Manje bazni od amina!� U molekulu amida
moguće je protonovanje na 2 mesta – na N i na karbonilnom O!
RC
O
NH2
RC
O
NH2
RC
O
NH2
RC
O
NH2
H
RC
O
NH2
H
RC
O
NH2
H
RC
O
NH
HH
..+
..
..:
+
..: : : : :
--
rezonancija u molekulu amida
(I) (II) (III)
..
..+
+..
..:
+
..:
katjon stabilizovan rezonancijom
+ H+
- H+
+ H+- H+
: :
+
protonovanje na N
protonovanje na O
(delokalizacija "+" šarže - jace stabilizovan rezonancijom od neprotonovanog amida)
(nema stabilizacije rezonancijom)
48
Baznost
Protonovanje na N
� Slobodan el. par sa N učestvuje u rezonanciji sa "=" vezom karbonilne grupe:� molekul amida je stabilizovan
rezonancijom za razliku od protonovanog amida
� kao posledica delokalizacije slob. el. para sa N na karbonilni O javlja se delimično "+" naelektrisanje na N čime je jako smanjena baznost amida!
Baznost
Protonovanje na O
� Protonovanjem na karbonilnom O nastaje katjon koji je rezonanciono stabilizovan (rezonanciona stabilizacija "+" šarže) – jače je rezonanciono stabilizovan od neprotonovanog amida (razdvajanje naelektrisanja).
� Važno: do protonovanja dolazi na karbonilnom O i to u jako kiselim uslovima!
49
Kiselost
� Vodonici iz amino grupe 1° i 2° amida su slabo kiseli zbog delimično "+" šarže na N:
� Svoja slaba kisela svojstva mogu manifestovati isključivo u jako baznim uslovima:
RC
O
NH RC
O
NR'+
..: :
-
(III)
H+
..: :
-
H
1o 2o
(III)
RC
O
NHRC
O
NH
RC
O
N
H
H
..: :
-: :
..+ Na NH2
+ : ..- +
..
-NH3 + Na ..
: :
..
amidatni jon
natrijum-amid
jaka baza
rezonanciono stabilizovan
Hidroliza
� Do hidrolize dolazi samo uz produženo zagrevanje pod jako kiselim ili baznim uslovima.
� Kiselo–katalizovana� Povratna reakcija!
OO
RCNH2 + H2O RCOH + NH4amid k.k. k.k. amonijum-so
H+
kisela-kataliza
+
∆
NH2
O
OH
O
+ H2O+
∆
propanamid
H2SO4
propanska k.
+ (NH4)2 SO4
2 -
50
Hidroliza
RC
O
NH2
RC
O
NH2
H
C
OH
R NH2
OH
C
OH
R NH3
OH
RC
O
OH
H
C
OH
R NH2
O
H H
RC
O
OH
: :
+ H+
- H+
..
+
+ HOH..
..+
..: ..
- H+
+ H+
: ..
:
+ NH3
+
1
2
nukleofil
..
..
: .. ..:
..
+
..: ..
+ H+
- H+
..
+ H+
- H+:
+ NH4
: +
odlazeca grupa
adicija eliminacija1 2
k.k.
amonijum-so
Mehanizam kiselo-katalizovane hidrolize amida
Hidroliza
� Bazno–katalizovana� Nepovratna reakcija!
OO
RCO + HNH2so k.k.
-
bazna-kataliza
-RCNH2 + H2Oamid k.k.
OH
∆
NHCH3
O
O
O
OH
O
+ H2O
N-metilpropanamid so propanske k.
+ CH3NH2
-OH
∆-
metilamin
H , H2O+
+
propanska k.
+ CH3NH3
metilamonijum-so
51
Hidroliza
R C
O
OH
NH2
O
CR O
RC
O
O HC
O
NH2 ..
: :
+ OH....
:..
..:
+ NH3
-
-
:
..
: :
: :
..
..
k.k.
21
nukleofilodlazeca grupa
:
R..
:
NH2+ :
adicija
eliminacija
1
2..
-
....
3 amidni jon
-
karboksilatni anjon3
prevodjenje k.k. u njenu so pod uticajem bazne cestice, amidnog jona
katalizator
Mehanizam bazno-katalizovane hidrolize amida
Obradom reakcione smeše razblaženom mineralnom kiselinom, dobija se k.k.
Imidi
O
O
OCOO NH
4
CONH2
CONH2
COOH
NH
O
O
+ 2NH3
- +
H+
ftalaminska k.amonijum-ftalamat
NH3, ∆ ∆∆, 300 oC
ftalimid
52
Imidi
� Imidi su kiseli� Vodonik na N u strukturi imida je kiseo zbog
delimično "+" šarže na N:
N
O
O
H N
O
O
H N
O
O
H
N
O
O
.. -
..
:
.. ..
.. ..
.. ..
.. ..
+
.. ..
.. ..
+
-
delokalizacija slob. el. para sa N
H:
..
..
.. ..ftalimid
Imidi
� S obzirom da je delokalizacija slob. el. para sa N kod imida veća nego kod amida, IMIDI: � praktično nemaju bazni karakter� znatno su jače kiseline od amida� mogu se deprotonovati u znatno blažim baznim
uslovima (vodeni rastvor hidroksida ili karbonata)� nastaje rezonanciono stabilizovan imidatni jon.
N
O
O
H N
O
O
N
O
O
N
O
O
:
.. ..
.. ..ftalimid
KOH/H2O
.. -
..
:
.. ..
.. ..
.. ..
.. ..
.. ..
.. ..-
: -
: : K+
imidatni jon
rezonanciono stabilizovan
53
Imidi
� Imidatni jon može da reaguje sa jedinjenjima koja sadrže polarizovanu vezu C�X (ugljenik–halogen).
N K
O
O
COO
COO
N
O
O
CH2CH
2CH
3
NH2
CH2CH
2CH
3
+:
.. ..
.. ..
: -
kalijum-ftalimid
(SN2)
-
-
RX mora biti 1o
+ BrCH2CH2CH3:
... .
.. ..
OH /H2O-
+
propilamin
∆
- KBr
Gabriel-ova sinteza 1o amina:
Hofmann-ovo premeštanje (degradacijaamida)
R C
O
NH2
R NH2
X2, NaOH, H2O
+ CO2
CH3(CH
2)
7C
O
NH2
CH3(CH
2)
7NH
2
Cl2, NaOH, H2O
+ CO2
prinos 66%
54
Redukcija amida
R
NH2
O
R CH2NH
2
R
NHR'
O
R CH2NHR'
R
NR'R''
O
R CH2NR'R''
1) LiAlH4, aps. etar
2) H , H2O+
1) LiAlH4, aps. etar
2) H , H2O+
1) LiAlH4, aps. etar
2) H , H2O+
Nitrili
� Cijanidna grupa je polarizovana – na C–atomu se pojavljuje delimično "+" šarža tako da podleže napadu nukleofila!
� Slabo bazni (npr. CH3CN pKb=24)
R C Nδδ+-
55
Reakcije nitrila
� Hidroliza do k.k.� kiselo–katalizovana� bazno–katalizovana
� Alkoholiza� Reakcija sa Grignard–ovim
reagensima� Redukcija
Hidroliza
� Veoma oštri reakcioni uslovi –neophodno prisustvo koncentrovane kiseline ili baze uz zagrevanje.
� Mehanizmi ovih reakcija vrše se preko intermedijarnog amida i uključuju faze adicije–eliminacije!
56
Hidroliza
� Kiselo–katalizovana� Povratan proces!
O
RCN + H2O RCOH + NH4k.k. amonijum-so
H+
kisela-kataliza
+
∆nitril
NN + H2O+
∆
H2SO4
+ (NH4)2 SO4
2 -C(CH2)4C
heksanodinitril
(adiponitril)
HOOC(CH2)4COOH
heksan-dikiselina(adipinska k.)
Hidroliza
RC
NH
OH
H
R C N R C N H R C N H
RC
NH
OH RC
NH2
OH RC
NH2
OH
RC
NH2
O
+
- H2O
+:
+
+ H+
- H+
.. + HOH..
..
..+ H+
- H+
.. ..
..
..
imino kiselina
(tautomer amida)
+ H+
- H+
..
..
..
+
..
++ H+
- H+
..
..
..
amid
H+ H2O
RCOOH + NH4
Mehanizam kiselo-katalizovane hidrolize nitrila
+
k.k.
57
Hidroliza
� Početno protonovanje azota cijanidne grupe je praćeno nukleofilnim napadom molekula vode.
� Deprotonovanjem nastaje neutralni intermedijer, imino kiselina, koji tautomerizuje u amid.
� Amid dalje hidrolizuje kao što je ranije opisano.
Hidroliza
� Bazno–katalizovana� Nepovratan proces!
RCN + H2O
so k.k.
--OH
∆RCOO + NH3
nitril amonijak
58
Hidroliza
RC
N
OHR C N
RC
NH2
O
H OH
RC
NH
O H
RC
NH
O RC
NH
O
H OH
:
..
..
..
..
amid
Mehanizam bazno-katalizovane hidrolize nitrila
:
..
..
-
..
....
..
..+ OH....
nukleofil
: -
katalizator
+ OH..
..:
- - H2O
+ H2O
..
..
..: -
..
..
..
: -
..
..
+ OH..
..:
-RCOO + NH3
-
anjon imino kiselineimino kiselina
so k.k.
(tautomer amida)
amidatni jon
Hidroliza
� Direktan napad hidroksilnog jona daje anjon imino kiseline (amidnog tautomera), koji se protonuje na azotu dajući imino kiselinu (tautomer amida).
� Imino kiselina tautomerizuje u amid koji dalje hidrolizuje kao što je ranije opisano.
� Obradom reakcione smeše razblaženom mineralnom kiselinom, dobija se k.k.
59
Alkoholiza
� Kiselo–katalizovana reakcija
NH
RCN + R'OH RCOR'H
+
∆nitril iminoestar
RC
NH
OH
R'
R C N R C N H R C N H
RC
NH
OR'
+
- R'OH
+:
+
+ H+
- H+
.. + R'OH..
..
..+ H+
- H+
.. ..
..
..
iminoestar
Alkoholiza
� Hidrolizom iminoestra se dobija estar k.k.
NH
+ H2ORCOR'H
+
∆iminoestar
RCOOR' + NH4
+
estar k.k.
60
Reakcija nitrila sa Grignard–ovim reagensima
RC
NH
R' RC
O
R'R C N
imin
- Mg(OH)X
1) R'MgX
2) H , H2O+
keton
H , H2O+
+ NH4
+
N MgBr
O
+
(acetonitril)etanonitril butilmagnezijum-bromid
1) aps. etar
2) H , H2O+
2-heksanon
Reakcija nitrila sa Grignard–ovim reagensima
R C N R' MgXR
C
N MgX
R' RC
NH
R'
RC
O
R'
:
..
+
- +
- Mg(OH)X
δ δ+-:
H , H2O+
nitril
δδ+ -
imin
keton
H , H2O+
+ NH4
+
..
anjonska imino so
61
Redukcija
R C N R C
H
N AlR'2
R C
H
O
+ R'2AlHH+, H2O
R C N R CH2NH
2
1. LiAlH4
2. H+, H2O
Primeri:
CH3CH
2CH
2C N
CH3CH
2CH
2CH
2NH
2
CH3CH
2CH
2CH
2NH
2
1. LiAlH4
2. H+, H2O
butanonitril
butanamin
prinos 85%
prinos 96%
H2, PtO2, EtOH, CHCl3
CN
O
O
O
O
C
H
O
1. (CH3CH(CH3)CH2)2AlH
2. H+, H2O
prinos 85%
diizobutilaluminijum-hidrid
top related