p3-aldehidi i ketoni - elektron.tmf.bg.ac.rselektron.tmf.bg.ac.rs/organskahemija/p3-aldehidi i...

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


� 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.


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


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)


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


� 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


� 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


� 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.


O

O2N

COCl

O2N

AlCl3

(3-nitrofenil)fenilmetanon

3-nitrobenzoil-hlorid

19


COCl

O2N O2N

COOH

COOHCH3

PCl5

KMnO4


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


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


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+


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

.. ..::

..


� 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


� 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

+


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

++-..

:


izvor nukleofilnog C

.... ..

magnezijum-alkoksid

H , H2O+

..

..

alkohol

Grignard-ovreagens

1o, 2o ili 3o

aps. etarδ δ+-

RX + Mgaps. etar

R = 1o, 2o, 3o alkil-grupa aril-grupa benzil grupa itd.

jak nukleofil

δ δ+-


R' MgX

C OH

H

C OR

H

C OR

R

H C

H

R'

OH

H C

R

R'

OH

R C

R

R'

OH

H , H2O+

H , H2O+

H , H2O+

..

..

alkohol

1o

..

..

..

..

2o

3o

aps. etar

38


O

CH2CH2CH3

O MgBr

CH2CH2CH3

OH

CH3CH2CH2BrMg, aps. etar

CH3CH2CH2MgBrCH3CCH2CH3 CH3CCH2CH3

+-..:

H , H2O+

:

aps. etar

CH3CCH2CH3

..:

2-etil-2-pentanol

propilmagnezijum--bromid


� 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


� Cijanohidrini su veoma korisni intermedijari u sintezi:� 2-hidroksikarboksilnih kiselina (α-hidroksikiseline)� nezasićenih karboksilnih kiselina (α,β-nezasićene kiseline).

CH3 C

H

OH

COOH

CH COOH

C

O

CH3 HCH3 C

H

OH

CN

CH3 C

H

OH

COOH

∆

konc. H2SO4

-H2O(dehidratacija)

(akrilna kiselina)

CH2

2-propenska kiselina

KCN

H2O/H2SO4

etanal(acetaldehid) 2-hidroksi-

propanonitril

(acetaldehid-cijanohidrin)

2-hidroksipropanska kiselina

HCl, H2O

(mlecna kiselina;α-hidroksipropionska kiselina)

∆


CH3 C

CH3

OH

CNC

O

CH3 CH3CH3 C

CH3

OH

COOH

CH2 C

CH3

COOH

KCN

H2O/H2SO4 ∆

-H2O

2-propanon

2-metil-2-propenska kiselina

konc. H2SO4

(dehidratacija)(aceton)

2-hidroksi-2-metil-propanonitril

(aceton-cijanohidrin)

(metakrilna kis.; α-metilakrilna kis.)

43


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!!


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


..

..

nukleofil

:

amonijak

+ H2O

..

imin

(aldehid ili keton)

(nestabilan)

(pri stajanju polimerizuju)

+

C O C

NR'

R' NH2


..

..

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


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'


..

..

nukleofil

:

(aldehid ili keton)

1o amin

1

2

..

..

deprotonovanje na Nprotonovanje na O

....

..

hemiaminal

- H2O

+ H2O

N-supstituisaniimin

Schiff-ova baza

46


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


� 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


� 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


..

..

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


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


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


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


(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 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

+


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


� 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

+


CH CHCH2OH

CH CHCH

O


NaBH4/CH3CH2OH

H2/Pt3-fenilpropenal(cimetaldehid)

3-fenil-2-propen-1-ol

3-fenil-1-propanol

CH2CH2CH2OH

+

53


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


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


CH3CH CHCH

O

CH3CH CHCH3

2-butenal(krotonaldehid)

2-buten

Zn(Hg), H ; ∆+

H2NNH2, OH ; ∆-ili

(HOCH2CH2)2O

CH CHCH

O

CH CHCH3

Zn(Hg), H ; ∆+

3-fenilpropenal(cimetaldehid)

1-fenil-1-propenH2NNH2, OH ; ∆-ili

(HOCH2CH2)2O


O

O1,3-ciklopentan-dion

ciklopentan

Zn(Hg), H ; ∆+

H2NNH2, OH ; ∆-ili

(HOCH2CH2)2O

CCH3

O2N

O

CH2CH3

O2N

CH2CH3

NH2

1-etil-3-nitrobenzen

Zn(Hg), H ; ∆+

H2NNH2, OH ; ∆-

1-(3-nitrofenil)etanon

3-etilfenilamin

(HOCH2CH2)2O

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


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


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


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


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!


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


� 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


� 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


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).


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)

.....


� 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


O

CH3 C

OH

H

CHCH

H

O

CH3CH CHCH

O

2 + H2O∆αβNaOH/H2O

CH3CHαβ

etanal(acetaldehid)

3-hidroksibutanal

2-butenal

(krotonaldehid)aldol


� 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


� 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


� 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


� 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!


� 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!


� 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


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:


� 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


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


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


� 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.


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.

p3-aldehidi i ketoni - elektron.tmf.bg.ac.rselektron.tmf.bg.ac.rs/organskahemija/p3-aldehidi i...

Documents