p3-aldehidi i ketoni - elektron.tmf.bg.ac.rselektron.tmf.bg.ac.rs/organskahemija/p3-aldehidi i...
TRANSCRIPT
1
ALDEHIDI I KETONI
Značaj aldehida i ketona
� Sinteza polimera� formaldehid → fenol-formaldehidne smole
� Sinteza plastifikatora� butiraldehid → 2-etil-1-heksanol
� Sinteza sirćetne kiseline� acetaldehid
� Sinteza alkohola� Sastojci parfema
� Aldehidi C7-C14
� Rastvarači� Šećeri (ugljeni hidrati)
2
Struktura
� Aldehidi su jedinjenja opšte formule RCHO� Ketoni su jedinjenja opšte formule RR‘CO� R i R‘ mogu biti alifatične ili aromatične grupe
� osim kod HCHO (R=H)
C O
H
HC O
H
RC O
R'
R
aldehidi keton
karbonilna grupa
Struktura karbonilne grupe
C OR'
R120 o
δ δ+ _
120 o
CR'
RO:
..
....
p orbitala
sp2 orbitala
C i O su sp2 hibridizovani
3
Struktura karbonilne grupe
� Elektroni C=O drže zajedno atome različite elektronegativnosti� π–oblak je pomaknut više ka elektronegativnijem O.
� 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!!!
C O C OC O
δ δ+ _
....
..
. .+ _
..:
..
elektrofilan
nukleofilan i slabo bazan
polarizovana veza
Nomenklatura-Aldehidi
� 1) Uobičajena (trivijalna) imena aldehida su izvedena iz uobičajenog imena karboksilne kiseline koja nastaje oksidacijom dotičnog aldehida, zamenom kiselinskog završetka izrazom "aldehid."
� Položaj supstituenata u odnosu na aldehidnu grupu se označava grčkim slovima: α, β, γ, δ itd.
C O
H
CH3CH2CH2CH
CH3
C O
H
CH3CH2CHCH2
CH3
C O
H
CH3CHCH2CH2
CH3
α β γ
α-metilvaleraldehid β-metilvaleraldehid izokaproaldehid2-metilpentanal 3-metilpentanal γ-metilvaleraldehid
4-metilpentanal
4
Nomenklatura-Aldehidi
� 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.
Nomenklatura-Aldehidi
C
O
H HC
O
H CH3CH2
C
O
H
O
H Cl CH2CH
O
(formaldehid)
CH3
(acetaldehid) (propionaldehid)
(γ-hlorbutiraldehid)
CH3CH2CH2CHOα
(α-metilvaleraldehid)
βγ
metanal etanal propanal
2-metilpentanal4-hlorbutanal
αβγ
12 34
512
34
δ
(fenilacetaldehid)2-feniletanal
5
Nomenklatura-Aldehidi
C
O
H C
H
O
OH
CHO
H
OOH
H
O
H
O
O
H
cikloheksankarbaldehid(benzaldehid)
benzenkarbaldehid
(o-hidroksibenzaldehid salicilaldehid)
2-hidroksibenzenkarbaldehid
(E)-3-hidroksi-4-metil-4-heksenal
12
5 346
pentandial
propenal
(akrolein)
Nomenklatura-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".
6
Nomenklatura-Ketoni
� 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!!!
Nomenklatura-Ketoni
CH2CCH3
O
O
Cl
C
O
CH3
O
OOHCH3
O
OH
(dimetil-keton)
(benzil-metil-keton)
CH3CH3CHCCH3
H3C
(izopropil-metil-keton)2-propanon 3-metil-2-butanon
(Z)-5-hlor-4-heksen-2-on
1-fenil-2-propanon
(aceton)
12
3
45
6
12
3
45
6
1
2
34
5
8
2-hidroksi-5-metilciklopentanon
7
7-hidroksi-4-oktin-3-on
7
Nomenklatura-Ketoni
C
O
CH3
O
C
O
C
O
CH2CH2CH3
ONO2
(acetofenon)(propiofenon)
(benzofenon)
(n-butirofenon)
(4-metil-3'-nitrobenzofenon)
1
23
4
5 6
1'
2' 3'
4'
5'6'
1-feniletanon 1-fenil-1-propanon 1-fenil-1-butanon
difenilmetanon
(4-metilfenil)(3-nitrofenil)metanon
Nomenklatura
� 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)!!!
� Sistematsko ime fragmenta RCO- je "alkanoil".
� Za CH3CO- IUPAC zadržava uobičajeno ime "acetil".
8
Nomenklatura – prioriteti f.g.
propanalkil--anAlkani
2-nitropropannitro------Nitro
2-brompropanhalo--halogenidHalogenidi
propinalkinil--inAlkini
propenalkenil--enAlkeni
dimetil-sulfidalkiltio-tia-
-sulfidSulfidi
dimetil-etaralkoksi-oksa-
-etarEtri
1-propanaminamino--aminAmini
propantiolmerkapto--tiolTioli
propanolhidroksi--olAlkoholi
Fenoli
propanonokso--onKetoni
propanalformil--alAldehidi
propanska kiselinakarboksi--ska kiselinaKarboksilne kiseline
PrimerPrefiksSufiksKlasa jedinjenja
Nomenklatura
CHO
COOH
CHO
SO3H
CHO
COOH
O
COOH COOH
CHO O
4-formilcikloheksan-karboksilna kiselina
3-formilbenzen-sulfonska kiselina
4-formilbenzen-karboksilna kiselina
1
23
1
2
34
1
2
34
4
12
3
4-okso-2-cikloheksen-karboksilna kiselina
CH2CCH3
4-formil-3-(2-oksopropil)-benzenkarboksilna kiselina
1
2
3
4
9
Nomenklatura
OO
H
COOH
O
COOH
CHO
O
O
1
2
3
1
2
33-oksobutanal
12
34
CCH2CH3
2-formil-3-propanoil-cikloheksankarboksilna kiselina
CCH3
2-acetil-3-okso-ciklopentankarboksilna kiselina
Fizička svojstva
� Zbog karbonilne grupe aldehidi i ketoni su polarna jedinjenja� imaju više tk od nepolarnih jedinjenja iste M.M.
� Ne grade intermolekulske vodonične veze� imaju niže tk od alkohola i karboksilnih kiselina
� Niži aldehidi i ketoni su rastvorni u vodi� zbog stvaranja vodoničnih veza sa molekulima
vode� granica rastvorljivosti je kod jedinjenja sa 5 C
atoma
CH3CH2CH2CH2 OH CH3CH2CH2CHOO
CH3CCH2CH3
CH3CH2CH2CH2CH3
368076118tk, °C
Jedinjenje
10
Fizička svojstva
1,71972salicilaldehid
0,3178-26benzaldehid
s.r.194fenilacetaldehid
s.r.131n-kaproaldehid
776-99n-butiraldehid
1649-81propionaldehid
bes.20-121acetaldehid
v.r.-21-92formaldehid
rastvorljivost,
g/100 g H2O
tk, oCt.t., oC
Fizička svojstva
30648benzofenon
20221acetofenon
s.r.1243-heksanon
2,0150-352-heksanon
5101-413-pentanon
6,3102-782-pentanon
2680-86etil-metil-keton
bes.56-94aceton
rastvorljivost,
g/100 g H2O
tk, oCt.t., oC
11
Dobijanje aldehida i ketona
� Oksidacija alkohola
� Hidroliza geminalnih dihalogenih derivata
� Ozonoliza alkena
� Hidratacija alkina
� Redukcija hlorida kiselina
� Friedel-Crafts-ovo acilovanje
� Formilovanje po Gattermann–Koch–u
Oksidacija alkohola
piridinijum-hlorhromat
RCH2 OHN
R CH
R
OH
R
C
H
O
R
C
R
O
C C C C
R CH
R
OH
R
C
R
O
N
H
CrO
O
Cl
O
1o
aldehid
PCC katalizator =
CrO3 + + HCl
2o
K2Cr2O7/H2SO4
CrO3/H2SO4
keton
R može biti alkil- ili aril-grupaCr(VI)-reagens je selektivanne oksiduje i veze
KMnO4/H2SO4
ili
PCC
CH2Cl2ili
2o keton
_+
12
Oksidacija alkohola
CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CH2CHOpiridinijum-hlorhromat
1-butanol butanalCH2Cl2
1o
OH
H
O
K2Cr2O7, H2SO4
mentol menton
2o monoterpeni - sastojci ulja nane
Terpeni
� Terpeni (i terpenoidi) predstavljaju najbrojniju grupu sekundarnih metabolita biljaka. � Terpenoidi su kiseonični derivati terpena.
� Poseduju značajnu fiziološku aktivnost, nosioci su lekovitosti droga kao i nosioci mirisa.
� Komponente etarskih ulja� složene smeše prirodnih proizvoda jakog
mirisa dobijenih iz raznih delova biljaka� prijatnog su mirisa, � potpuno isparavaju i � ne ostavljaju mrlje na papiru
13
Terpeni
CH2
C C
CH2
CH3 H
2-metil-1,3-butadien (izopren)
izoprenska jedinica terpena
glava rep
CH2
CH2 CHCH2
CH2
C
CH3 CH3
CH3H
OHOH
glava
glava
rep
rep
Strukturna formula citronelolaPodela prirodnih terpena:•Monoterpeni (2 izoprenske jedinice, 10 C atoma)•Seskviterpeni (3 izoprenske jedinice, 15 C atoma)•Diterpeni (4 izoprenske jedinice, 20 C atoma)•Triterpeni (6 izoprenske jedinice, 30 C atoma)•Tetraterpeni (8 izoprenskih jedinica, 40 C atoma)•Politerpeni (n izoprenskih jedinica, 5n C atoma)
Strukturna formula ββββ-karotena – provitamin A
HOH
HH
lanosterol - prekursor holesterola
Oksidacija alkohola
CH3CH2 OH
CH3
CH
O1o
etanol(acetaldehid)
CrO3/H2SO4
K2Cr2O7/H2SO4
ili
etanal
tk = 78 oC tk = 20 oC
Nastali ALDEHID se mora kontinualno izvoditi izreakcione smeše.(voda prouzrokuje dalju oksidaciju, dokarboksilne kiseline)
14
Hidroliza geminalnih dihalogenihderivata
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 CHCl2 CHOCl2hν
Cl2hν
H2O
benzaldehidtoluen benzil-hlorid benzal-hlorid
Br CH3 Br CHCl2 Br CHOCl2, ∆ CaCO3, H2O
p-bromtoluen p-brombenzaldehid
Ozonoliza alkena
C OC CO O
CO
C CO+ O3
H2O, Zn
aldehidi i ketoniozonalken ozonid
+
CH2
CH3CH2
CH
O
H
CH
OCH3CH2CH
1-buten
1) O3
2) H2O, Zn+
metanal(formaldehid)
propanal
CH3
(CH2)4CH3C CHO
O1) O3
2) H2O, Zn
1-metilciklo-heksen 6-oksoheptanal
Videti alkene!
15
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(aceton,dimetil-keton)
2-propanon
CH3C CCH2CH3
OO
+ H2OHgSO4/H2SO4
CH3CH2CCH2CH3
2-pentin 3-pentanon
CH3CCH2CH2CH3+
2-pentanon
Redukcija hlorida kiselina
R COCl R C O
H
Ar COCl Ar C O
H
iliLiAlH(OBu-t)3 ili
hlorid kiseline aldehid
O2N COCl CHOO2NLiAlH(OBu-t)3
p-nitrobenzoil-hlorid p-nitrobenzaldehid
litijum-tri-(terc-butoksi)-aluminijum-hidrid
16
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
� Reakcija elektrofilne aromatične supstitucije (EAS) – supstitucija H–atoma iz aromatičnog prstena alkanoil- (acil-) grupom (alkanoilovanje)
H O C
O
R
benzen
+ RCCl
alkanoil--hlorid
AlCl3
1-fenilalkanon
+ HCl(EAS)
H O C
O
CH3
benzen
+ CH3CCletanoil--hlorid
AlCl3
1-feniletanon
+ HCl
(acetil-hlorid) (acetofenon)
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
COCl C
O
+ + HClAlCl3
benzofenon
C
O
CH3+ + CH3COOHAlCl3
(CH3CO)2O
acetofenon
H C
O
RR C
O
OC
O
R
benzen
+
anhidrid karboksilne kiseline
AlCl3
1-fenilalkanon
+ RCOOH(EAS)
17
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
� Faza 1: nastajanje acilijum-jona iz alkanoil-halogenida
� Faza 2: elektrofilni napad
..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
+-..
:
H
RC O
H
CR
O
H
CR
O
H
CR
O
H
CR
O
+..
..+
sporo
+ +
+
+
intermedijarnicikloheksadienil katjon
(σ kompleks)
elektrofilnukleofil
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
� Faza 3: deprotonovanje
� Nastali fenil-keton kompleksira sa AlCl3.� Obradom reakcione smeše vodom oslobaña se
keton:
Cl AlCl3
H
C
O
RC
O
R+
+ ..-..
:brzo
1-fenilalkanon(fenil-keton)
+ HCl + AlCl3
C
O
RCR
OAlCl3
C
O
R+ AlCl3+
1-fenilalkanon(fenil-keton)
: : :
-+
H , H2O
: :
+ Al(OH)3 + HCl
Da bi se reakcija odigrala do kraja neophodno je uzeti najmanje 1 ekvivalent katalizatora!
18
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
� Reakcija nije praćena poliacilovanjem (polialkanoilovanjem):
� alkanoil- (acil-) grupa je elektron–privlačna (–I, –R) pa 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.
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
O
O2N
COCl
O2N
AlCl3
(3-nitrofenil)fenilmetanon
3-nitrobenzoil-hlorid
19
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
COCl
O2N O2N
COOH
COOHCH3
PCl5
KMnO4
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
O2N COClAlCl3+ nema reakcije
Nitrobenzen se koristi kao rastvarač u reakcijama F-C acilovanja!
20
Friedel–Crafts–ovo alkilovanje
� Ograničenja Friedel–Crafts–ovog alkilovanja:� premeštanje karbokatjona,� mogućnost polialkilovanja (alkil-grupa je elektron–donorska pa aktivira
aromatičan prsten za dalju supstituciju).� Zbog pomenutih ograničenja reakcija Friedel–Crafts–ovog alkilovanja
nije pogodna za uvoñenje ravnog ugljovodoničnog niza u aromatični prsten.
� U tu svrhu se koristi Friedel–Crafts–ovo alkanoilovanje (acilovanje) nakon čega sledi redukcija.
H
CH3CH2CH2 ClCH(CH3)2
CH2CH2CH3
benzenpropil-hlorid
AlCl3
(EAS)
+
+
izopropilbenzen
propilbenzen
(G.P.)
Friedel-Crafts-ovo acilovanjeH 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
21
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
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
Formilovanje po Gattermann–Koch–u
� Reakcija elektrofilne aromatične supstitucije (EAS) – uvodi seformil grupa (–CHO) u prsten!
CHOGGAlCl3
+ CO + HCl
G ne sme biti dezaktivirajucagrupa!!!
aldehid
(EAS)
O
H C OC O+
+ HCl
ponaša se kao hlorid mravlje kiseline HCCl
AlCl3 + AlCl4-
formilijum-jon
elektrofil
uslovi sinteze
....
....
ind:
lab:CO, HCl
AlCl3; CuCl
CO, HCl
AlCl3; p, t
22
Formilovanje po Gattermann–Koch–u
CH3CH3
OHCtoluen 4-metilbenzaldehid
CO, HCl
AlCl3; CuCl
H CHO
benzen benzaldehid
CO, HCl
AlCl3; CuCl
NO2 NEMA REAKCIJE!!!CO, HCl
AlCl3; CuCl
Reakcije aldehida i ketona
� Jako polarna karbonilna grupa odreñuje 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
C
H
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
23
Reakcije aldehida i ketona
� Reakcije nukleofilne adicije
� Redukcija
� Oksidacija
� Kiselost
NUKLEOFILNA ADICIJA
� 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.
24
NUKLEOFILNA ADICIJA
� Adicija polarnih reagenasa:
� Uopšteno se mogu formulisati 2 mehanizma nukleofilne adicije:� u baznim uslovima,� u kiselim uslovima.
C
O
X Y C
O
Y
δ
_
+
X
δδ
δ_
++
elektrofilnideo nukleofilni
deo
Bazni uslovi (nukleofilna adicija i protonovanje)
C O C ONu
H OHC OH
Nu+ Nu:
.._
..
..δδ
_+
elektrofilnukleofil
jak(bazan)
_
alkoksidni jon(jaka baza)
adicija nukleofila
protonovanje
:..
..
- H2O.. + OH
_
1
2
2
1
(adicioni) proizvod
RC CR MgX
CN (cijanidni jon)
OH (hidroksilni jon)
(acetilidni jon tj. alkinil-anjon)
:
NaBH4, LiAlH4 (hidridni reagensi)
(Grignard-ovi reagensi)Organometalni reagensi
-
-
-Ovim mehanizmom se vrši adicija jakih nukleofila:
25
Bazni uslovi (nukleofilna adicija i protonovanje)
� 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).
Kiseli uslovi (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
•Adicija slabih nukleofila (:Nu–H): voda (HO–H), alkohol (RO–H).▪Kiseli uslovi nisu pogodni za jako bazne nukleofile (dolazi do protonovanja).
26
Kiseli uslovi (elektrofilno protonovanje i nukleofilna adicija)
� 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.
Reaktivnost aldehida i ketona u reakcijama NUKLEOFILNE ADICIJE
� Reaktivnost opada u nizu:
� Ovakav redosled reaktivnosti je posledica delovanja 2 vrste efekata:� elektronskih, i
� sternih.
H
C
H
O
R
C
H
O
R
C
R
O> >>Aromatičnialdehidi iketoni
27
Elektronski efekti
� Što je karbonilni C–atom elektrofilniji, tj. što je veća delimično "+" šarža (δ+) na njemu, lakše će ga napasti nukleofil!!!
� Supstituenti koji su donori elektrona smanjuju δ+ na karbonilnom C–atomu:� viša je Ea � prelazno stanje je destabilizovano� reakcija adicije se odvija teže i sporije.
H
C
H
O C
H
O C O-CH3 grupa donor elektrona (+I efekat)
formaldehid
>
H3C
acetaldehid
>
H3C
H3C aceton
Elektronski efekti
� Supstituenti koji su akceptori elektrona povećavajuδ+ na karbonilnom C–atomu:� niža je Ea� prelazno stanje je stabilizovano� reakcija adicije se odvija lakše i brže.
C
H
O C
H
O>
Cl3C
hloral
-CCl3 grupa akceptor elektrona (-I efekat)
H3C
acetaldehid
(trihlormetil-grupa)
28
Elektronski efekti
� Aromatični aldehidi i ketoni su manje reaktivni od svojih alifatičnih analoga jer su stabilizovani rezonancijom!!!
CH O
CH O
CH O
CH O
CH O
+
..
..
..
..:-
+
..
..:-
+
..
..:-
rezonanciona stabilizacija benzaldehida
..
..
Benzaldehid:smanjenje δ+ na karbonilnom C–atomu (preovlañuje "+R" nad "–I" efektom) fenil-grupe.
C
H
O C
H
O
H3C
acetaldehid
>
benzaldehid
-C6H5 grupa donor elektrona
Sterni efekti
� Nastajanje nove veze menja konfiguraciju na C–atomu s trigonalne u tetraedarsku (atomi se oko C jače zbijaju).
C O Nu:_..
..Prilaz nukleofila je moguc sa bilo koje strane molekula!!
trigonalna sp2-hibridizacija C i O
C O
R
C ONu
R
C ONu
R+ :
_
δ
δ
_
_
prelazno stanje
_
trigonalnasp2 hibridizacija
:..
..
približno120 oR' R'R'
tetraedarskasp3 hibridizacija
približno109 o
NUKLEOFILNA ADICIJA
..
..Nu
29
Sterni efekti
� Pri adiciji nukleofila na keton (u poreñenju 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.
Reakcije nukleofilne adicije
� Adicija vode
� Adicija alkohola. Stvaranje acetala
� Adicija bisulfita
� Adicija organometalnih reagenasa
� Adicija Grignard-ovog reagensa
� Adicija cijanovodonika. Stvaranje cijanohidrina
� Adicija amonijaka i derivata amonijaka
30
Adicija vode
� 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 O
CH3
HH C
CH3
OH
OH+ H2OH ili OH
-+
(acetaldehid)1,1-etandioletanal
Adicija vode
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)
31
Adicija vode
� Hidratacija je reverzibilna!� Položaj ravnoteže zavisi od stabilnosti polaznog karb. jedinjenja:
� Ravnoteža je pomerena:� u levo kod ketona� u desno kod formaldehida i aldehida sa elektron–privlačnim
supstituentima.
� Obični aldehidi se nalaze u sredini.� HIDRATI se retko mogu izolovati kao čista jedinjenja (suviše
lako gube vodu).� Izuzetak: stabilan hidrat hlorala.
H C
OH
OH
CCl3
(može se izolovati)
Adicija vode
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)
32
Adicija alkohola
� Adicijom alkohola na aldehide i ketone nastaju HEMIACETALI (poluacetali) mehanizmom koji je veoma sličan hidrataciji.
C O
R
HH C
R
OR'
OH
aldehid ili keton
+ R'OHH ili OH
-+
hemiacetal
kiselinom (H ) ili bazom (OH ) -+reakcija je katalizovana
1 ekv.(R)(R)
Adicija alkohola
C OCH3
HH C
CH3
OCH2CH3
OH+ CH3CH2OHH ili OH
-+
(acetaldehid)etanal
1-etoksietanol
C OH
H C
OCH2CH3
OH+ CH3CH2OHH ili OH
-+
(benzaldehid) etoksifenilmetanolbenzenkarbaldehid
33
Adicija alkohola
� Reakcija je reverzibilna!� Položaj ravnoteže zavisi od stabilnosti polaznog karb.
jedinjenja:� ravnoteža je uglavnom pomerena u levo.
� HEMIACETALI se retko mogu izolovati kao čista jedinjenja.� Stabilni hemiacetali:
� peto- ili šestočlani prstenovi – intramolekulska ciklizacija hidroksi-aldehida ili ketona
OH
CHO
OC
OH H
H+
5-hidroksi-pentanal
ciklican hemiacetal
Adicija alkohola
� U prisustvu viška alkohola, kiselo–katalizovana reakcija aldehida i ketona odvija se i dalje od faze hemiacetala – nastaju ACETALI.
C O
R
HH C
R
OR'
OR'
aldehid ili keton
+ 2 R'OHH
+
acetal
(R)(R)
kiselinom (H ) +reakcija je katalizovana
C O
CH3
HH C
CH3
OCH2CH3
OCH2CH3+ 2 CH3CH2OHH
+
(acetaldehid)etanal
1,1-dietoksietan
34
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
.. ..::
..
Mehanizam nastajanja ACETALA (na primeru aldehida)
� 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 molekula 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+
: ..
35
Mehanizam nastajanja ACETALA (na primeru aldehida)
� U prisustvu kiseline obe faze ovog procesa su reverzibilne.
� Ravnoteža se može pomeriti:� U desno ka acetalu upotrebom viška alkohola
ili odvoñenjem vode � U levo ka karb. jedinjenju u prisustvu viška
vode (hidroliza acetala).� Acetali se mogu izolovati kao čista
jedinjenja, neutralizacijom kiselog katalizatora.
Acetali kao zaštitne grupe
� Često korišćen intermedijer u sintezi je acetal etilen-glikola:
� Ciklični acetali su otporni prema mnogim nukleofilima (bazama, organometalnim i hidridnim reagensima).
� Hidrolizuju lako tretiranjem razblaženom mineralnom kiselinom.
O
OC
O
CC
CH3 CH3
CH3CCH3+ H
++ HOCH2CH2OH
(etilen-glikol)1,2,-etandiol
H2 H2
stabilan ciklicni acetal
propanon-1,2-etandiol-acetal
36
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
+
karbonilnojedinjenje
bisulfitnoadiciono jedinjenje(kristalni talog)
-
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).
Adicija bisulfita
C O
R
HS OH
O
O Na
CH
R
S
O Na
OO
OH
CH
R
S
OH
OO
O Na
- +
karbonilnojedinjenje natrijum-
bisulfitbisulfitnoadiciono jedinjenje(kristalni talog)
+
:
..:
..: ..
:..
: ..
:
.. .. ....
..
:- + ..
.. .... ..
..
..:- +:jak nukleofil
Ostvaruje se veza C-SS nukleofilniji od O (bolje može da prihvati "+" šaržu)
37
Adicija Grignard–ovog reagensa
� Organomagnezijumovi i litijumovi-reagensi – izvor nukleofilnogugljenika!
� Adicijom nastaju ALKOHOLI – nukleofilna alkil-grupa iz organometalnog reagensa formira vezu sa polaznom karbonilnom grupom� Ako su u strukturi aldehida i ketona prisutne druge C=O grupe ili –
OH grupe, moraju se zaštititi!
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+-
Adicija Grignard–ovog reagensa
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+
..
..
alkohol
1o
..
..
..
..
2o
3o
aps. etar
38
Adicija Grignard–ovog reagensa
O
CH2CH2CH3
O MgBr
CH2CH2CH3
OH
CH3CH2CH2BrMg, aps. etar
CH3CH2CH2MgBrCH3CCH2CH3 CH3CCH2CH3
+-..:
H , H2O+
:
aps. etar
CH3CCH2CH3
..:
2-etil-2-pentanol
propilmagnezijum--bromid
Adicija Grignard–ovog reagensa
� ZADATAK
� Polazeći od navedenih jedinjenja i ostalih reaktiva prikažite sinteze sledećih jedinjenja (izmeñu ostalih reakcija koristite adiciju Grignard–ovih reagenasa na karbonilna jedinjenja):
� a) 2-fenil-2-butanola iz benzena i etanola
� b) 2,5-dimetil-3-heksanola iz izobutilena
39
2-fenil-2-butanol iz benzena i etanola
C
OH
CH3
CH2CH3
C
O
CH3
C
OH
CH3
HMgBr
2-fenil-2-butanol
CH3CH2OH, C6H6
CH3CH2-
+ CH3CHO
+ MgBr
2-fenil-2-butanol iz benzena i etanola
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
40
2,5-dimetil-3-heksanol iz izobutilena
CH3
C CH2CH3
CH3
CH3
CH3
OH
CH3
C
O
H(CH3)2CH
2,5-dimetil-3-heksanol
CH3CHCH2OH
CH3CHCH CH2CHCH3
+ CH3CHCH2MgBr
2,5-dimetil-3-heksanol iz izobutilena
CH3
C CH2CH3
CH3CH3
CH3
HBr
R2O2CH3CHCH2Br
OH , H2O-
CH3CHCH2OH
PCCCH2Cl2
CH3CHCHO
CH3CH3
CH3
CH3OH
CH3
CH3CHCH2MgBrMg
aps. etarCH3CHCH2Br
CH3CHCHO1)
2) H , H2O+
2,5-dimetil-3-heksanol
CH3CHCHCH2CHCH3
41
ZADATAK
Predložite odgovarajući postupak za transformaciju jedinjenja A u B:
O
Br
O
OH1
23
45
67
(A) (B)
12
34
56
6-brom-2-heksanon 7-hidroksi-2-heptanon
CH2 O
Br
O O
MgBr
O OO O
O MgBr_
HOCH2CH2OH, H+
Mg, aps. etar
+
H , H2O+
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)
42
Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska reakcija)
� 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)
∆
Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska reakcija)
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.)
43
Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska reakcija)
C
O
CH3 HCH3 C
H
OH
CN
CH3 C
H
OH
COOH
KCN
H2O/H2SO4
acetaldehid( )-acetaldehid-cijanohidrin
* *
+-
H , H2O+
( )+- -mlecna k.ahiralan
C O
CH3
H
CCH3 H
OH
CN
CHCH3 OH
CN
CN:_
*
(R)-acetaldehid-cijanohidrin
*
H+ H+
(S)-acetaldehid-cijanohidrinhiralan hiralan
ahiralan
Prilaz cijanidnog jona (nukleofila)je moguc sa bilo koje strane molekula!!
Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska reakcija)
CCH3 H
OH
CN
CHCH3 OH
CN
CCH3 H
OH
COOH
CHCH3 OH
COOH
*
(R)-acetaldehid-cijanohidrin
*
(S)-acetaldehid-cijanohidrin
H , H2O+ H , H2O
+
**
(R)-mlecna k. (S)-mlecna k.
hiralan hiralan
hiralan hiralan
44
Adicija amonijaka i njegovih derivata
� Adicija amonijaka i 1°amina
� Adicija hidroksilamina (NH2OH), hidrazina(H2NNH2), fenilhidrazina (H2NNHC6H5) i semikarbazida (H2NNHCONH2)
� Adicija 2°amina
Adicija amonijaka i 1° amina
� Amonijak i 1°amini se adiraju na aldehide i ketone na analogan način kao voda i alkoholi.
� Meñutim, nastali proizvodi gube vodu pa nastaju IMINI.� Ukupna reakcija je kondenzacija.
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)
+
45
Asimetrična kataliza
� Sinteza jedinjenja metodom koji favorizuje nastajanje odreñenog enantiomera ili diastereomera.
� Asimetrična kataliza ili enantioselektivna kataliza/sinteza je veoma važna u modernoj hemiji – posebno u farmaceutskoj hemiji.
� Enantioselektivno formiranje ciklopropana - Noyori (1968) je koristio kompleks Cu - hiralna Schiff-ova baza kao katalizator.
COOCH2CH3
N
OCu
Ph
N
O
Ph
COOCH2CH3
+
cis:trans=1:2,3
72 %
60 oC, 6 h
0,01 ekv.katalizator*
*
N2CH2COOCH2CH3
Adicija amonijaka i 1° amina
Mehanizam nastajanja IMINA iz 1°amina
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-supstituisaniimin
Schiff-ova baza
46
Adicija amonijaka i 1° amina
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-supstituisaniimin
Schiff-ova baza
Adicija amonijaka i 1° amina
� Imini mogu da se izoluju kao čista jedinjenja u visokom prinosu (kontinualnim uklanjanjem H2O)
� Imini nastali kondenzacijom 1°amina sa aldehidima i ketonima su veoma korisni intermedijari u sintezi amina kompleksnije strukture (reakcija reduktivne aminacije):
CH3 C
CH3
H
NH
C
O
CH3 CH3 NH2 C NCH3
CH3
H2/Ni ili Pt
- H2O
+ H2Oketon 1o amin imin
2o amin
+
iliNaBH4
cikloheksilizopropilamin
(redukcija)
47
Adicija amonijaka i 1° amina
� Reduktivna aminacija ketona daje amine koji sadrže sek-alkil-grupe� Takve amine je teško dobiti amonolizom zbog reakcije
eliminacije kod sek-alkil-halogenida
OH
O
Br
NH2
K2Cr2O7
H2SO4
PBr3 NH3
NH3, H2, Ni
Adicija hidroksilamina, hidrazina,fenilhidrazina i semikarbazida
C O
NH2 OH
C
NOH
NH2 NH2
C
NNH2
NH2 NHC6H5
C
NNHC6H5
C
NNH
C
O
NH2NH2 N
HC
O
NH2
karbonilnojedinjenje
..
..
oksim
(hidroksilamin)
(hidrazin)
hidrazon+ H
+
+ H2O
+ H2O
(aldehid ili keton)(fenilhidrazin)
fenilhidrazon
+ H2O
semikarbazon
+ H2O(semikarbazid)
C
NGH
OH
C
NG
+ H2O
� Kondenzacijom sa aldehidima i ketonima daju kristalinične proizvode, često oštrih tt –koriste se za identifikaciju (dokazivanje) strukture karbonilnih jedinjenja.
48
Adicija hidroksilamina, hidrazina,fenilhidrazina i semikarbazida
NH2 OH CCH3
NOH
NH2 NH2C
CH3
NNH2
NH2 NHC6H5C
CH3
NNHC6H5
C OCH3
CCH3
NNH
C
O
NH2
NH2 NH
C
O
NH2
acetofenon
- H2O
acetofenon-oksim
acetofenon-hidrazon
acetofenon-fenilhidrazon
acetofenon-semikarbazon
Adicija hidroksilamina, hidrazina,fenilhidrazina i semikarbazida
Reakcije kondenzacije aldehida i ketona sa:� 1°aminima (NH2R)� hidroksilaminom (NH2OH)� hidrazinom (H2NNH2)� fenilhidrazinom (H2NNHC6H5)� semikarbazidom (H2NNHCONH2)odigravaju se često u slabo kiseloj sredini!
49
Adicija hidroksilamina, hidrazina,fenilhidrazina i semikarbazida
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)
Adicija 2° amina
� 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)
O
CH3CH2C CHCH3
N(CH3)2
+ HN(CH3)2
..CH3CH2CCH2CH3 + H2O
enamin
CA: N,N-dimetil-2-penten-3-amintriv.: 1-etilpropenildimetilamin
3-pentanon dimetilamin
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-3-pentenil)amin
H
CA: N,N-dimetil-1-propen-1-amintriv.: dimetilpropenilamin
CA: N,N-dimetil-1-propen-2-amintriv.: N,N,1-trimetilvinilamin
1231231 2 3 4 5
50
Adicija 2° 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+
Mehanizam
Redukcija
� Redukcija do alkohola
� Redukcija do ugljovodonika
� Redukcija ketona magnezijum-amalgamom� pinakolonsko premeštanje
51
Redukcija 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) H+, H2O
(b) NaBH4/CH3CH2OH
(redukcija hidridnim reagensima)
(c) H2/Pt, Pd ili Ni (kataliticko hidrogenovanje)
Redukcija do alkohola
� 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 još 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
H+,
52
Redukcija do alkohola
� Hidridni reagensi LiAlH4 i NaBH4 su selektivni – redukuju karbonilnu grupu ali ne i nezasićene C–C veze!
� Transformišu nezasićene aldehide i ketone u nezasićenealkohole!!!
CH3CH CHCH
O CH3CH CHCH2OH
1) LiAlH4/aps. etar2) H , H2O
NaBH4/CH3CH2OH
H2/Pt2-butenal
(krotonaldehid)CH3CH2CH2CH2OH
2-buten-1-ol
1-butanol
+
Redukcija do alkohola
CH CHCH2OH
CH CHCH
O
1) LiAlH4/aps. etar2) H , H2O
NaBH4/CH3CH2OH
H2/Pt3-fenilpropenal(cimetaldehid)
3-fenil-2-propen-1-ol
3-fenil-1-propanol
CH2CH2CH2OH
+
53
Redukcija do alkohola
O OHH
[H]
ciklopentanon ciklopentanol
[H] = (a) 1) LiAlH4/aps. etar 2) H , H2O
(b) NaBH4/CH3CH2OH
(c) H2/Pt, Pd ili Ni
+
CH3 C
O
CH2 C
O
OC2H5
CH3 C
H
CH2
OH
C
O
OC2H5
CH3 C
H
CH2
OH
CH2OH
1) LiAlH4/aps. etar2) H , H2O
NaBH4/CH3CH2OH
+
Redukcija do ugljovodonika
C
O
R H
C
O
R R'
R C
H
H
H
R C
R'
H
H
NH2 NH2
R, R' = alkil- aril-grupa
Zn(Hg)
H , ∆+
(Clemmensen-ova redukcija)
OH , ∆-
(kisela sredina)
(bazna sredina)
(Wolff-Kishner-ova redukcija) ugljovodonik
54
Redukcija do ugljovodonika
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
Redukcija do ugljovodonika
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
55
Redukcija ketona magnezijum-amalgamom
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
Pinakolonsko premeštanje
� U kiseloj sredini pinakol podleže dehidrataciji koja je praćena 1,2-premeštanjem alkil-, aril-grupe ili hidrida.
� Kao proizvod nastaje keton ili aldehid u zavisnosti od strukturepolaznog 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
pinakolon
3,3-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 aldehida
� aldehidi se lako oksidišu za razliku od ketona
� Kao oksidaciona sredstva koriste se� KMnO4 ili K2Cr2O7 u kiseloj sredini� Tolensov (Tollens) reagens
� Felingov (Fehling) reagens� Oksidacija sa Ag2O
Oksidacija aldehidaSa KMnO4 ili K2Cr2O7 u kiseloj sredini
C
O
R HR = alkil- ili aril-grupa
RCOOHKMnO4/H2SO4
K2Cr2O7/H2SO4
ili
aldehid karb. kiselina
OKMnO4/H2SO4
K2Cr2O7/H2SO4
iliCH3CH CH3COOH
acetaldehid sircetna kiselina
C
O
HCOOH
KMnO4/H2SO4
K2Cr2O7/H2SO4
ili
benzaldehid benzoeva kiselina
57
Tollens–ov test
C
O
R HR = alkil- ili aril-grupa
Ag0 + RCOOH+ Ag+ NH3, H2O
srebrnoogledalo
NH4OHAgNO3 AgOH
NH3 [Ag(NH3)2] OH+ -
aldehid
amonijačni rastvor srebro-hidroksida
Tollens-ov rastvor
Dokazna reakcija za aldehide!
Fehling–ov test
Dokazna reakcija za aldehide!Takoñe reaguju i α-hidroksi-ketoni!
Aromatični aldehidi ne reaguju pa treba koristiti Tolensov test.
C
O
R H
CH
OH
CH
OH
HO2C CO2H
Fehling-ov rastvor
R = alkil- ili aril-grupa
Cu2O + RCOOH+ Cu2+
NaOHK,Na-tartarat
cigla-crvenitalog
aldehid
H2O
tartarati - soli vinske kiseline
Felingov reagens A – plavi vodeni rastvor CuSO4Felingov reagens B – bezbojni rastvor K,Na-tartarata i NaOHK,Na-tartaratni joni grade kompleks sa Cu2+ i sprečavaju stvaranje Cu(OH)2
58
Oksidacija sa vlažnim Ag2O
� Ag+ jon je blago i selektivno oksidaciono sredstvo!
C
O
R HR = alkil- ili aril-grupa
RCOOH
aldehid
Ag2O / H2O
karb. kiselina
CH3CH CHCH
O
CH3CH CHCOOH2-butenal
(krotonaldehid)
2-butenska kiselina
Ag2O / H2O
CHO COOH
3-cikloheksen-karbaldehid
3-cikloheksen-karboksilna kiselina
Ag2O / H2O
Oksidacija ketona
� Ketoni se oksidišu mnogo teže nego aldehidi – mora doći do raskidanja veze izmeñu 2 C–atoma!� Pod blagim uslovima se mogu oksidisati jedino
metil-ketoni.� Oksidacije ketona:
� Oksidacija metil-ketona – HALOFORMSKA REAKCIJA
� Energična oksidacija ketona
59
Oksidacija metil-ketona
� Bazno–katalizovano α–halogenovanje metil-ketona vrši se do potpunog halogenovanja metil-grupe.
� Reakcija služi za identifikaciju metil-ketona!
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
Oksidacija metil-ketona
O
R C
O
OH
CX3 RC O H
O
O
+ OH:
katalizatorbaza
-
:
RCCX3
-:
..
..
..
..: :
..
:
+ CX3:
:
..
..
RCO - + CHX3
haloform
so karboksilnekiseline
-
Mehanizam haloformske reakcije:
trihalogenmetidnijon
60
Oksidacija metil-ketona
C
O
R CH3
R = alkil- ili aril-grupa
RCOO Na
metil-keton
I2, NaOH+ CHI3
- +
jodoform
(žuti talog)Umesto I2 mogu se koristiti Cl2 i Br2.
Jodoformska reakcija
H C
O
CH3H C
O
OH1) I2, NaOH
2) H , H2O+ + CHI3H C
O
OH1) I2, NaOH
2) H , H2O+ + CHI3CH3CH2OH
Prvo se oksidiše do acetaldehida!!!
CH3CHO – jedini aldehid koji daje pozitivan jodoform test!
Oksidacija metil-ketona
OOK
OOH
O
60 oCCHCl3 +
H2SO4Cl2, KOH
4-metil-3-penten-2-on 3-metil-2-butenska k.
O
+ CHI3CH3CH2CCH3CH3CH2COO 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
61
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
Energična oksidacija ketona
O
O CH3
CCH3 O
O
(CH2)4HOOC COOHHNO3, ∆
HNO3, ∆CH3CH2CCH2CH3
CH3COOH + CH3CH2COOH
(CH3)2CHCCH(CH3)2
HNO3, ∆ + (CH3)2CHCOOH
cikloheksanon
3-pentanon
2,4-dimetilpentanon
62
Kiselost aldehida i ketona
� Karbonilna grupa je polarizovana.
� Elektrofilni 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.
C
HR
CC
O
α
kiseo
αααα H-atom
δδδ
δ -
+ +
-I efekat karbonilne grupe
.. ..β
Kiselost aldehida i ketona
� Anjoni koji nastaju deprotonovanjem zovu se ENOLATNI JONI ili ENOLATI:
C
H
CO
C CO
C CO
+ B
.
:
. -
- -..
....
...
.: :
+ HB
pKa oko 16-18 (aldehidi)19-21 (ketoni)
enolatni jon
rezonancioni hibrid
jaka baza
jak nukleofil
63
Kiselost aldehida i ketona
� 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).
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i ketona
� Keto– i enol–izomer su dva 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–enolna tautomerija tj. pretvaranje jednog oblika u drugi je kiselo ili bazno katalizovana reakcija.
CH2 C
O
HR CH C
OH
HR(R') (R')
keto-oblikketo-tautomer
enolni-oblikenol-tautomer
64
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i ketona
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
Veća stabilnost keto oblika je rezultat energije veza. Keto oblik ima C–H, C–C, i C=O vezu, dok enolni oblik ima C=C, C–O i O–H vezu. Suma prve tri je oko 359 kcal/mol (1500 kJ/mol), a druge tri je 347 kcal/mol (1452 kJ/mol). Prema tome, keto oblik je stabilniji za 12 kcal/mol (48 kJ/mol).
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i ketona
C
H
CO
H B
C C
O H
C COH
H
C CO
HH
H B
+ B: -
konj.bazakiseline
..+
protonovani karbonilni sistem
..
+ ..
keto-tautomer
enol-tautomer
...
.
+kiselina
..
..+
Kiselo-katalizovana keto-enolna tautomerija
65
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i ketona� Položaj ravnoteže zavisi od strukture molekula!� Kod prostih aldehida i ketona ravnoteža je pomerena ka keto–
tautomeru:
� Postoje karbonilna jedinjenja kod kojih je ravnoteža pomerena ka enol–tautomeru!!!
CH3 C
O
H CH2 C
OH
H
CH3 C
O
CH3 CH2 C
OH
CH3
100%
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)
.....
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i ketona
� 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!
.
.. .. ..
...
.
.
66
REAKCIJE IZAZVANE KISELOŠĆU α-H–ATOMA
� Aldolna kondenzacija
� Ukrštena aldolna kondenzacija
� Cannizzaro–va reakcija
� Ukrštena Cannizzaro–va reakcija
� Halogenovanje aldehida i ketona
Aldolna kondenzacija
� U razblaženom vodenom rastvoru baze(ili kiseline) mogu se meñusobno vezati 2 molekula aldehida (dimerizacija) koji u svojoj strukturi imaju bar 1 αααα–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
67
Aldolna kondenzacija
O
CH3 C
OH
H
CHCH
H
O
CH3CH CHCH
O
2 + H2O∆αβNaOH/H2O
CH3CHαβ
etanal(acetaldehid)
3-hidroksibutanal
2-butenal
(krotonaldehid)aldol
Aldolna kondenzacija
� Analogno se mogu meñusobno vezati 2 molekula (veoma reaktivnog) ketona koji u svojoj strukturi imaju bar 1 αααα–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:►uklanjanje aldola iz reakcione smeše,►dehidratacija i uklanjanje vode iz reakcione smeše.
68
Mehanizam nastajanja ALDOLA (bazna kataliza)
� Faza 1: nastajanje ENOLATA (enolatnog jona)
� Faza 2: nukleofilni napad (adicija)
CH2 CO
HCH2 C
O
H
O
CH2 H + OH: ..
..
katalizator
(hidroksilni jon)
. -
- ..
....
.: :
+ H2O
enolatni jon
α α
α
HC-
: :
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
: : .. -
Mehanizam nastajanja ALDOLA (bazna kataliza)
� 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.
69
Aldolna kondenzacija
� Na povišenoj temperaturi, aldol lako podleže dehidrataciji i nastaje proizvod aldolne kondenzacije.
� Eliminacija vode je naročito olakšana zato što kao proizvod nastaje stabilan konjugovani sistem.
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
Aldolna kondenzacija
� 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
70
Aldolna kondenzacija
� 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!
Aldolna kondenzacija
� Aldoli (ukoliko se mogu izolovati) i α,β-nezasićena karbonilna jedinjenja često se koriste kao intermedijari u organskoj sintezi:
O
C H 3 C H C H C H
O
O H
O H
OO H
C H 3 C H C H C O O H
C H 3 C H C H C H 2 O H
2
- H 2 O
∆
O H /H 2 O
C H 3 C H
α , β - n e z a s ic e n i a ld e h id
a ld o l
A g 2 O
1 ) L iA lH 4 /a p s . e ta r2 ) H , H 2 O
N a B H 4 /C H 3 O H
H 2 /P til i
i l i
C H 3 C H C H 2 C O O H
C H 3 C H C H 2 C H 2 O H
3 - h id r o k s ik a rb o k s iln a k is .
1 ,3 -d io l
C H 3 C H C H 2 C H
-
A g 2 O
1 ) L iA lH 4 /a p s . e ta r2 ) H , H 2 O
N a B H 4 /C H 3 O H
H 2 /P t
il i
C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 O H
+
+
71
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!
Ukrštena aldolna kondenzacija
� Meñutim, moguće je dobiti 1 aldolni proizvod ukoliko samo 1 karbonilno jedinjenje ima α–H–atome!
H C
OH
H
CH2 CH2CCH3
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
enolizuje dajuci
.
- ..
enolatni jon
Nu: -
:
.
α
CH3CNaOH/H2O
72
Ukrštena aldolna kondenzacija
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!
Cannizzaro–va reakcija
� Aldehidi koji nemaju α–H–atom 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
73
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
Ukrštena Cannizzaro–va reakcija
� Reaguju dva 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)
74
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 – obim halogenovanja zavisi od toga da li je sredina kisela i li bazna.
C
H
C
O
R C C
O
R
X
+ X2kiselina ili baza
(H ili OH )-+α α
+ HX
α-halogen karbonilno jedinjenjeX2 = Cl2, Br2, I2
Halogenovanje aldehida i ketona
� U baznoj sredini reakcija se vrši do potpunog halogenovanja α–C–atoma – do zamene svih α–H–atoma halogenom.
� U kiseloj sredini α–halogenovanje staje posle uvoñenja prvog atoma halogena – nastaju monohalogenkarbonilna jedinjenja.
CH3 C
Cl
Cl
C
O
CH2CH3O
O
Cl
Cl2, NaOH/H2O
Cl2, CH3COOH
CH3CH2CCH2CH3
CH3CHCCH2CH3
(bazna sredina)
(kisela sredina)
H C
H
H
C
O
H
Br C
Br
Br
C
O
H
Br C
H
H
C
O
H
Br2, NaOH/H2O
Br2, CH3COOH
(bazna sredina)
(kisela sredina)
75
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
� α,β-nezasićeni aldehidi i ketoni tzv. konjugovani ENALI odnosno ENONI
� 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
: : -..
: ..
+
: -
: ..
+
CH2 CHCH
OCH2 OH
CH OH
C OH∆
akroleinH2glicerol
KHSO4+ H2O
Laboratorijska sinteza:
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
� 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).
76
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
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
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
1,4-Adicija polarnog reagensa A–B
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-oblik
izomerizacija
A = H
1,4-adicija
Čini se da je došlo do 1,2-adicije NuH na dvostruku vezu C-C!!!
77
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
� Nukleofili koji mogu da stupe u 1,4-adiciju:� halogenovodonici,� Grignard-ov reagens,� voda (kisela– ili bazna–kataliza),� alkoholi (kisela– ili bazna–kataliza),� cijanovodonik (kisela–kataliza).
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.
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
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
78
C
O
CC
C
O
CC
H
C
O
CC
H
C
O
CC
H
H Br
:
αβ
:
αβ
..+
αβ
..:
+αβ
..:
+
rezonancijom stabilizovan katjonelektrofil
1 protonovanje
1
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.
1
Mehanizam 1,4-adicije HBr
C
O
CC
H
C C CO
BrH
C C CO
Br
H
nukleofil
..
+
αβ
elektrofil
+
.. : -
2
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
Nukleofilni deo reagensa, negativni jon, napada β-C-atom (ne karbonilni C) jer tako nastaje stabilniji proizvod.
2
Mehanizam 1,4-adicije HBr
79
Adicija Grignard-ovog reagensa
CH3CH CH C
O
CH3
CH3CH CH C
OH
CH3
CH3
CH3CH CH2 C
O
CH3
CH3
1,2-adicija
1,4-adicija
1. CH3MgI2. H2O/H+
-Mg(OH)I
2-metil-3-penten-2-ol (glavni proizvod)
4-metil-2-pentanon(sporedni proizvod)
Adicija Grignard-ovog reagensa
� Adicija Grignard-ovog reagensa kod α,β-nezasićenih aldehida odigrava se generalno na karbonilnoj grupi (1,2-adicija) pri čemu nastaje nezasićeni alkohol.
� Adicija Grignard-ovog reagensa kod α,β-nezasićenih ketona odigrava se i kao 1,4-adicija, pri čemu nastaje i β-alkilovani keton kao sporedni proizvod.
� Kod voluminoznijih i sterno zaštićenih α,β-nezasićenih ketona dominantna je 1,4-adicija pa je β-alkilovani keton glavni proizvod.