Alfa-karbanion – nukleofilno-elektrofilna reaktivnost

karbonilnih spojeva

Kiselost α-vodika

anion je stabiliziran rezonancijom

α-ugljikov atom

α-vodikov atom

-: baza

baza : H

aldehidi, ketoni i derivati karboksilnih kiselina pokazuju nukleofilnu

reaktivnost na ugljikovu atomu u α-položaju prema karbonilnoj skupini

mnogi spojevi s karbonilnom skupinom djeluju kao elektrofili na

karbonilnom ugljikovom atomu ili kao nukleofil na α-ugljikovu atomu

Keto–enolna tautomerijaEnolizacija aldehida i ketonaProces u kojem se vodikov atom, vezan na α-ugljikov atom karbonilnog spoja,

(α-vodikov atom) premješta na karbonilni kisikov atom zove se

ENOLIZACIJA ili KETO-ENOLNA TAUTOMERIJA

Karbonilne i enolne izomerne strukture su TAUTOMERI

keto tautomer enolni tautomer

enolni tautomer može biti stabiliziran intramolekularnim vodikovim vezama

Fenol postoji isključivo u enolnom obliku radi stabilnosti vezane uz aromatičnost sustava

keto tautomer enolni tautomer

enolni tautomer keto tautomer

keto tautomer enolatni anion enolatni tautomer

Bazno-katalizirana keto-enolna interkonverzija

POČETNI STUPANJ: otcjepljenje α-vodikova atoma

stupanj koji određuje brzinu reakcije

TERMINACIJSKI STUPANJ: otcjepljenje protona

Kiselo-katalizirana keto-enolna interkonverzija

keto tautomer enolni tautomer

POČETNI STUPANJ: protoniranje karbonilne skupine

TERMINACIJSKI STUPANJ: otcjepljenje protona sa α-ugljikova atoma

uz premještanje elektrona koje daje enol

ENOLATNI ANIONI

Karbonilni spojevi koji tvore enol podliježi supstitucijskim reakcijama na α-ugljiku: α-supstitucijskim reakcijama

rezonancijski stabiliziran enolatni-anion

Elektronima bogat α-ugljikov atom

Kiselo-katalizirana α-supstitucijska reakcija

α-supstituirani produkt

Bazno-katalizirana α-supstitucijska reakcija

α-supstituirani produkt

ENOLAT – ambidentni nukleofilElektronima bogat kisik Elektronima bogat α-ugljik

Rezonantne strukture enolatnog aniona

enolat je ambidentni anion s negativnim nabojem delokaliziranim između

kisikova i ugljikova atoma

vjeruje se da je veća količina naboja smještena na elektronegativnom

kisikovom atomu

Kiselo-katalizirano halogeniranje

supstitucija α-vodikova atoma bromom

u bazičnim uvjetima dolazi do supstitucije α-vodikovog atoma halogenom

Bazno-katalizirano halogeniranje

I stupanj: nastajanje enolat aniona, stupanj koji određuje brzinu reakcije

II stupanj: adicija halogena na α-ugljikov atom

ALDOLNA KONDENZACIJA

CO

HCH3 + OH-

+ H2O

CO

HCH3

CO

HCH2

CH

OCH2

..

..

..

..

....

-

-

CO

HCH2

CH

OCH2

..

..

..

..

....

-

-+

CH3CHCH2C

O O

H

.. .... -

+ H OH CH3CHCH2C

OH O

H+ OH-

(1)

(2)

(3)

1 o nastajanje enolat aniona

2 o adicija enolat-aniona jedne molekule na karbonilni C atom druge tj. nukleofilni napad enolatnog-aniona

β-hidroksialdehid

Dehidratacija

CH3CHCH2C

OH O

H

H3O+ ili OH-/H2OCH3CH CHCHO H2O+

Δ

Aldolna kondenzacija+

Dehidratacija

KROTONSKA KONDENZACIJA

Aldol krotonaldehid buten-2-al

Beta-hidroksikarbonilni produkti dobiveni u aldolnim reakcijama prelaze

zagrijavanjem u kiselini ili bazi u α, β-nezasićene karbonilne spojeve

Miješana aldolna kondenzacija

Claisenova esterska kondenzacija

CO

OC2H5

CH3 + -OC2H5 + C2H5OH

CO

OC2H5

CH2

COC2H5

OCH2

..

..

..

..

....

-

-

CO

OC2H5

CH3

CO

OC2H5

CH2

COC2H5

OCH2

..

..

..

..

....

-

-+

C CH2COOC2H5

O

CH3

OC2H5

::

:..

..

C CH2COOC2H5CH3

O

+ C2H5O-

Kad se na etil-acetat djeluje s natrijevim-etoksidom nastaje β-ketoester, etil-acetoacetat. Produkt nastaje povezivanjem dviju molekula estera

I stupanj: nastajanje enolatnog aniona estera nepovoljna je ravnotežna reakcija jer je alkoksid slabija baza od enolata, nastaje samo mala količina enolataII stupanj: produkt nastaje aciliranjem

β-ketoester

Claisenova esterska kondenzacija

C CH2COOC2H5CH3

O

+ C2H5O-

CH3C CH CO

OC2H5

O.. ..

..-

..

..CH3C CH

O

COC2H5

O:-

- ....

..

CH CO

OC2H5

CH3C

O::

+ C2H5OH

III stupanj: reakcijom β-ketoestera s alkoksidom, koji je nastao nakon supstitucije, nastaje enolatni anion produkta β-ketoester je najjača kiselina u nizu jer dvije karbonilne skupine stabiliziraju zajednički α-karbanion ravnoteža reakcije pomiče se prema tom anionu zbog njegove stabilnosti

Claisenova kondenzacija Aldolna kondenzacija

nastajanje π-vezeizlaskom RO- skupine

protoniranjekisika

Miješana Claisenova kondenzacija

suvišak

Mehanizam Dieckmannove kondenzacije

Intramolekularna Aldolna kondenzacija

heksan-2,5-dion1,4-diketon

nije izoliran