B IO

TE

HC N OL

O GAI

CHEMIAORGANICZNA

Synteza

1. Substytucja nukleofilowa we fluorowcopochodnych

1a) Etery dialkilowe można otrzymywać w reakcji pierwszorzędowych fluorowcopochodnych

z ALKOHOLANAMI. Jest to reakcja Williamsona.

ORR1 CH2 X R1 CH2 OR

Etery alkilowo-arylowe można otrzymać w analogicznej reakcji pierwszo- i drugorzędowych

fruorowcopochodnych z FENOLANAMI

R1 CH2 OArR1 CH2 XOAr

R1 CH OAr

R2

R1 CH X

R2

OAr

Obie reakcje są reakcjami substytucji SN2.

1b) Etery dialkilowe otrzymuje się także w reakcji drugo- i trzeciorzędowych

fluorowcopochodnych oraz pierwszorzędowych fluorowcopochodnych typu allilowego lub

benzylowego z ALKOHOLAMI. Jest to niestereospecyficzna substytucja SN1

ROH+C

R1

H

R2

OR C

R1

H

R2

ROC

R1

H

R2

X

Analogiczna reakcja z fenolami nie przebiega z uwagi na znacznie mniejszą nukleofilowość fenoli w

porównaniu z alkoholami.

2. Otrzymywanie eterów metylowych

2a) Etery metylowe można otrzymywać w reakcji alkoholi lub fenoli z siarczanem dimetylu w

środowisku zasadowym.

R OH

OH

(CH3)2SO4R OCH3

Ar OH

OH

(CH3)2SO4Ar OCH3

2b) Etery metylowo-arylowe można także otrzymywać w reakcji fenoli z DIAZOMETANEM

Ar OH Ar OCH3

CH2N2

CH2 N N

DIAZOMETAN

CH2 N N

B IO

TE

HC N OL

O GAI

CHEMIAORGANICZNA

Własności chemiczne

Rozpad pod wpływem jodowodoru

Etery DIALKILOWE

R1

OR2

H

R1

O

R2

H

kation oksoniowy

I

I

R1

O

H

R2 I+

O

R2

H

+

H

H

kation oksoniowy

R1

OH

H

kation oksoniowy

H

O

R2

H

R1 I

R1 I

R2 I

Etery ALKILOWO-ARYLOWE

ArO

R2

H

Ar

H

R2

O

kation oksoniowy

I

+ R2 I

Ar

H

O

B IO

TE

HC N OL

O GAI

CHEMIAORGANICZNA

Synteza

1. Substytucja nukleofilowa we fluorowcopochodnych

Nitrozwązki ALIFATYCZNE (pierwszo- i drugorzędowe) otrzymuje się z odpowiednich

fluorowcopochodnych w reakcji z azotynami litowców lub azotynem srebra. W reakcji tej – oprócz

nitrozwiązków – tworzą się jako produkty uboczne, azotyny organiczne.

AZOTYN(prod. uboczny)

NITROZWIĄZEK

R O N O++R X R

O

O

N

1 20 0,R - alkil

N

O

O

R NO2

Trzeciorzędowe nitrozwiązki alifatyczne otrzymuje się przez utlenianie odpowiednich amin

pierwszorzędowych

2. Reakcja nitrowania węglowodorów aromatycznych

Nitrozwiązki AROMATYCZNE otrzymuje się w reakcji elektrofilowego nitrowania

węglowodorów aromatycznych lub ich pochodnych.

Ar NO2H2SO4

Ar HHNO3

B IO

TE

HC N OL

O GAI

CHEMIAORGANICZNA

Własności chemiczne

1. C–H kwasowość (kwasowość atomów wodoru przy węglu )

Nitrozwązki ALIFATYCZNE zawierające atomy wodoru przy węglu (atom węgla związany z

atomem azotu grupy nitrowej).wykazują własności kwasowe. (C–H kwasowość – kwasowość wiązania

C–H ). Przejawem tych własności jest fakt rozpuszczalności nitrozwiązków I-rz i II-rz. w roztworze

NaOH.

H2O++ C

O

O

N

R1

R C

O

O

N

R1

R NaC

O

O

N

R1

R

H

NaOH

pKa większości nitrozwiązków nitrowych mieści się w zakresie 7 – 11. :

2-nitropropan

C NO2

CH3

CH3

H

C NO2

H

H

H

nitrometan nitroetan

C NO2

H

CH3

H

fenylonitrometan

H

H

NO2C

pKa = 10,2 pKa = 8,5 pKa = 7,8 pKa = 8,2

Jeżeli przy tym samym atomie węgla występują dwie albo trzy grupy nitrowe kwasowość

wodoru związanego z tym atomem węgla odpowiednio wzrasta

dinitrometan

C NO2

H

H

NO2

trinitrometan

C NO2

NO2

H

NO2

pKa = 3,6 pKa = 1

C–H kwasowość nitrozwiązków I-rz i II-rz można wyjaśniać dwojako:

a) Większą polaryzacją wiązania C-H w nitrozwiązkach spowodowaną indukcyjnym wpływem grupy

nitrowej.

C

O

O

N

R1

R

H

b) Rezonansową stabilizacją anionu wynikającą z możliwości delokalizacji ładunku ujemnego na

grupę nitrową

C

O

O

N

R1

RC

O

O

N

R1

R

NITROZWIĄZKI rozpuszczają się w wodnym roztworze NaOH

(są zatem mocniejszymi kwasami od wody i alkoholi)

Reakcja rozpuszczalności w stężonym, wodnym roztworze NaOH może być wykorzystywana w

chemii analitycznej (jako tzw. reakcja probówkowa) do szybkiego odróżniania ntrozwiążków I- i II-

rzędowych od nitrozwiązków III-rzędowych. Efektem wizualnym w tej reakcji jest rozpuszczanie się

związku organicznego w fazie wodnej (roztwór NaOH). Przykładowo: dwa izomery:

fenylonitrometan p-nitrotoluen

CH2 NO2 CH3 NO2

różnią się tym, że pierwszy z nich rozpuszcza się w wodnym roztworze NaOH, zaś drugi z nich

pozostaje w tym roztworze nierozpuszczalny.

Po zakwaszeniu soli nitrozwiązku często wytrąca się tautomer nitrozwiązku (tzw. FORMA „aci”),

który dopiero po pewnym czasie izomeryzuje tworząc wyjściowy nitrozwiązek.

Na

NITROZWIĄZEK

C

O

O

N

R1

R

H

C

O

O

N

R1

RC

O

O

N

R1

RH

C

O

O

N

R1

R

H

forma "aci"

nitrozwiązku

(tautomer)

Nitrozwiązki są natomiast słabszymi kwasami od kwasu węglowego – kwas węglowy wypiera

nitrozwiązki z ich soli. Jeżeli zatem przepuści się strumień CO2 przez klarowny roztwór soli

nitrozwiązku w wodzie, wówczas wystąpi zmętnienie spowodowane wydzielaniem się

nierozpuszczalnego w wodzie nitrozwiązku lub wypadaniem formy aci.

HCO3CO2 H2O

mocniejszy

KWAS

++ +

słabszy

KWAS

słabsza

ZASADAmocniejsza ZASADA

C

O

O

N

R1

R C

O

O

N

R1

R C

O

O

N

R1

R

H

2. Redukcja związków nitrowych

Nitrozwiązki można redukować do amin I-rzędowych za pomocą:

a) wodoru wobec katalizatora (np. Pt, Pd, Ni)

b) metali (np. Sn, Zn, Fe) i kwasu solnego

c) LiAlH4 (tylko nitrozwiązki alifatyczne)

d) wielosiarczków

W praktyce laboratoryjnej najczęściej stosuje się redukcję za pomocą metali i kwasu solnego:

R NO2

Sn / HClR NH2

R - alkil lub aryl

Redukcja biegnie poprzez następujące związki pośrednie (nitrozozwiązek oraz pochodną

hydroksyloaminy):

W przypadku redukcji NITROBENZENU reakcja przebiega następująco

fenylohydroksyloaminanitrozobenzen

C6H5

O

O

N

NITROBENZEN

HC6H5 N O

ANILINA

H HC6H5 NH OH C6H5 NH2

Gdy redukcja przebiega w środowisku zasadowym, pośrednie produkty reakcji mogą kondensować

ze sobą tworząc kolejno: azoksybenzen, azobenzen a następnie hydrazobenzen, który z kolei ulega

redukcji do aniliny.

+H

NHOHNO N N

O

N N NH NHH

H

NH2

azoksybenzen azobenzen hydrazobenzen

anilina

Gdy nitrozwiązek zawiera DWIE grupy nitrowe jedną z nich można redukować SELEKTYWNIE

za pomocą wielosiarczku sodu.

NO2

NO2

Na2Sn

NH2

NO2

m-dinitrobenzen m-nitroanilina

Reakcja ta jest ważna z punktu widzenia syntezy organicznej ponieważ grupę aminową można

wymieniać (poprzez sole DIAZONIOWE) na wiele innych grup funkcyjnych. Tak więc w m-

nitroanilinie można wymienić grupę aminową na inną, a następnie zredukować grupę nitrową i

ponownie wymienić otrzymaną grupę aminową (w ten sposób można otrzymywać cały szereg m-

dipodstawionych pochodnych benzenu niemożliwych do otrzymania na innej drodze – np. m-

fluorojodobenzen)

m-nitroanilina

NH2

NO2

o0 C

NaNO2, HCl Cl

KI

Sn, HCl

N2

NO2

NaBF4

N2

NO2

BF4T

F

NO2

F

NH2

NaNO2, HCl

0 Co

F

N2

Cl

F

I

m-fluorojodobenzen

B IO

TE

HC N OL

O GAI

CHEMIAORGANICZNA

Synteza

TIOLE

1. Reakcja fluorowcopochodnych pierwszo- I drugorzędowych

z wodoro-siarczkami metali alkalicznych (substytucja nukleofilowa SN2)

oo1 lub 2

R1 XNaSH

R SH

2. Redukcja sulfochlorków

Sulfochlorki aromatyczne ulegają redukcji cynkiem w kwasie solnym z utworzeniem TIOLI

Ar SHAr S Cl

O

O

TIOFENOLZn / HCl

3. Addycja siarkowodoru do alkenów zawierających IV-rz atom

węgla sp2

Addycja przebiega zgodnie z regułą Markownikowa I otrzymuje się tiole III-rzędowe

C CH2R

R1H2S

C CH3R

R1

SH

SULFIDY

W reakcji tiolanów z fluorowcopochodnymi

R SH

NaOHR SNa

R1 X

1 lub 2o o

R S R1

SULFID

SULFOTLENKI i SULFONY

W reakcji utleniania sulfidów

R S R1

SULFID

H2O2 H2O2

SULFOTLENEK

R S R1

O

R S R1

O

O

SULFON

KWASY SULFONOWE

1. Sulfonowanie ARENÓW

Ar-H Ar SO3HH2SO4

2. Utlenianie tioli

R SH KWAS SULFONOWYKMnO4

R S OH

O

O

B IO

TE

HC N OL

O GAI

CHEMIAORGANICZNA

Własności chemiczne

TIOLE

1. Kwasowość tioli alifatycznych jest WIĘKSZA od kwasowości alkoholi

a kwasowość tiofenoli jest WIĘKSZA niż kwasowość fenoli

Wyjaśnia się to większą długością i mniejszą energią wiązania S–H w stosunku do wiązania

O–H. Wiązanie S–H jest słabsze, ponieważ jest tworzone przez orbitale trzeciej powłoki elektronowej

R

Wartości pKa

tiol

R-SH

alkohol (fenol)

R-OH

H 7,0 15,7

metyl 10,3 15,5

etyl 10,6 16

propyl 10,6 16,1

butyl 10,6 16,3

t-butyl 11,1 18

fenyl 6,6 9,95

Ta duża różnica kwasowości tioli i alkoholi oraz tioli i wody oznacza, że równowagi:

mocniejsza ZASADA

słabsza ZASADA

mocniejszy

KWAS

słabszy

KWAS

H2O+OH+R SH

+ OR1 + R1OHsłabszy

KWAS

słabsza ZASADA

mocniejsza ZASADA

R SHmocniejszy

KWAS

R S

R S

są zdecydowanie przesunięte w prawo (mocniejszy kwas wypiera słabszy i mocniejsza zasada

wypiera słabszą). Chemiczna konsekwencja tego faktu jest następująca:

TIOLE rozpuszczają się w wodnym roztworze NaOH oraz wypierają alkohole z ich soli (alkoholanów)

Reakcja rozpuszczalności w wodnym roztworze NaOH może być wykorzystywana jako tzw. reakcja

probówkowa do szybkiego odróżniania alkoholi od tioli. Efektem wizualnym w tej reakcji jest

rozpuszczanie się związku organicznego w fazie wodnej (roztwór NaOH). Przykładowo: dwa izomery:

3-metoksypropano-1-tiol

CH2CH2CH2CH3O SH CH2CH2CH2CH3S OH

3-(metylotio)propan-1-ol Różnią się tym, że pierwszy z nich rozpuszcza się w wodnym roztworze NaOH, zaś drugi z nich

pozostaje nierozpuszczalny.

Uwaga! Nie ma potrzeby stosowania tej metody do odróżniania prostych tioli od prostych alkoholi z

uwagi na drastyczną różnicę w zapachu obydwu związków.

Tiole są natomiast słabszymi kwasami od kwasu węglowego – kwas węglowy wypiera tiole z ich

soli. Jeżeli zatem przepuści się strumień CO2 przez klarowny roztwór alkilotiolanu sodu w wodzie,

wówczas wystąpi zmętnienie spowodowane wydzielaniem się nierozpuszczalnego w wodzie tiolu.

HCO3CO2 H2O

mocniejszy

KWAS

+ R SH+R S +

słabszy

KWAS słabsza ZASADA

mocniejsza ZASADA

TIOLE jako mocniejsze kwasy od alkoholi ulegają tym wszystkim kwasowym reakcjom,

którym ulegają ALKOHOLE – reagują zatem z sodem z wydzieleniem wodoru, rozkładają

acetylenki, wodorek sodu, amidek sodu oraz związki lito- i magnezoorganiczne

2. Zasadowość

Tiole są znacznie słabszymi zasadami od alkoholi i pozostają nierozpuszczalne w wodnym

roztworze kwasu (nie ulegają protonowaniu)

3. Reakcje z kwasami halogenowodorowymi, chlorkiem tionylu,

halogenkami fosforu oraz z bromem lub jodem w obecności fosforu nie

przebiegają, z powodu bardzo niskiej zasadowości tioli (tiole nie ulegają protonowaniu).

4. Utlenianie

W reakcjach utleniania tiole zachowują się różnie w zależności (między innymi) od czynnika

utleniającego

4a Utlenianie za pomocą łagodnych utleniaczy (np. tlen atmosferyczny)

W reakcjach tych powstaje MOSTEK DISIARCZKOWY. Tworzą się DISULFIDY

R SHO2

R S S R

DISULFID Reakcje te mają ważne znaczenie biologiczne

4b Utlenianie za pomocą mocnych utleniaczy

W reakcjach tych tworzą się KWASY SULFONOWE

R SH KWAS SULFONOWYKMnO4

R S OH

O

O

5. Tworzenie SULFIDÓW (w reakcji tiolanów z fluorowcopochodnymi)

R SH

NaOHR SNa

R1 X

1 lub 2o o

R S R1

SULFID

SULFIDY

1. Utlenianie

Sulfidy pod wpływem utleniaczy przechodzą w SULFOTLENKI a następnie w SULFONY

R S R1

SULFID

H2O2 H2O2

SULFOTLENEK

R S R1

O

R S R1

O

O

SULFON

2. Tworzenie soli sulfoniowych

Sulfidy reagują z fluorowcopochodnymi tworząc SOLE SULFONIOWE

R2 X

1 lub 2o o

R S R1

SULFID

SOLE SULFONIOWE

R S R1

R2

X

KWASY SULFONOWE

Wszystkie kwasy sulfonowe są bardzo dobrze ROZPUSZCZALNE w wodzie

1. Kwasowość tioli alifatycznych jest WIĘKSZA od kwasowości alkoholi

a kwasowość tiofenoli jest WIĘKSZA niż kwasowość fenoli

Kwasy sulfonowe są BARDZO MOCNYMI KWASAMI (kwasowość porównywalna z

kwasowością kwasów mineralnych). Można ją uzasadniać silną polaryzacją wiązania tlen-wodór (w

grupie sulfonowej) lub dużą trwałością tworzącego się mezomerycznego anionu. PKa kwasów

sulfonowych lokuje się w granicach: od 1 do -3.

Kwas METANOSULFONOWY

CH3 S OH

O

O

C6H5 S OH

O

O

Kwas BENZENOSULFONOWY

pKa = – 2,6 pKa = 0,7

2. Tworzenie sulfochlorków

Kwasu sulfonowe w reakcji z PCl5 tworzą SULFOCHLORKI

R S OH

O

O

R S Cl

O

O

PCl5

Chlorek alkano- lub arenosulfonylu

R SO3H R SO2Cl

Chlorki kwasów arenosulfonowych można także otrzymywać bezpośrednio z arenów w reakcji

CHLOROSULFONOWANIA

HSO3Cl

kwas

chlorosulfonowy

SO2Cl

CHLOREK BENZENOSULFONYLU

3. Tworzenie ESTRÓW (sulfonianów)

Estry kwasów sulfonowych otrzymuje się w reakcji benzenosulfochlorków z alkoholami (w

obecności aminy trzeciorzędowej, która wiąże wydzielający się chlorowodór)

R S OR1

O

O

R S Cl

O

O

R1 OH

4. Tworzenie SULFONAMIDÓW

Sulfochlorki reagują bardzo latwo z amoniakiem oraz aminami (Irz lub IIrz) tworząc

SULFONAMIDY

R S NHR1

O

O

R S Cl

O

O

R1 NH2

SULFONAMID

Sulfonamidy są ważnymi lekami przeciwbakteryjnymi

5. Redukcja sulfochlorków aromatycznych do TIOLI

Sulfochlorki aromatyczne ulegają redukcji cynkiem w kwasie solnym z utworzeniem TIOLI

Ar SHAr S Cl

O

O

TIOFENOLZn / HCl