szerves kémiai szintézismódszerekkovacs/szint_9_jegyzet.pdf · 25 ajánlott olvasmányok pr. o....
TRANSCRIPT
1
Szerves kémiaiszintézismódszerek
9. Funkciós csoportok kialakítása, eltávolítása,egymásba való átalakítása
Kovács Lajos
A szénatom hozzávetı
leges oxidációs száma vagy foka +4 +20-2-4
43210
C/CC=CC-CszénhidrogénekCX4 -CX3 -CHX2 -CH2XhalogénszármazékokCO2 -COOH -CHO -CH2OHoxigéntartalmú vegyületek
-COX >C=O -CH2OR
nem redox átalakítások -CH(OR)2HO-C-C-OH
epoxidok
-CHS -CH2SHkéntartalmú vegyületek -N=C=N- -CN -CH=NH -CH2NH2nitrogéntartalmú vegyületek
-NHC(O)NH2 -CONH2 -CH=NOH
redox átalakítások
2
A funkciós csoportok áttekintése
OCuI, 3 BuLi
Et2O, -78 °C96 %
OH
O
O
O
OHLiCuMe2Et2O, -50 °C
68 %
CHO+
ZnTHF, 70 °C
91%
OH
Br
3
Alkoholok el állításaPKarbonilvegyületek és karbanionok reakciója
PEpoxidok és karbanionok reakciója
4
Alkoholok el állítása 2.Hidroborálás-oxidáció
Herbert C. Brown(1912-2004),
megosztott kémiaiNobel-díj (Georg
Wittig), 1979
5
Alkoholok el állítása 3.Szolvomerkurálás-demerkurálás
PAlkoholok jelenlétében éterek képzı dnek
PRedukcióval a higany eltávolítható és alkoholok/éterek nyerhetı k
6
Aszimmetrikus változat:Sharpless-epoxidálás
Epoxidok el állításaAlkének epoxidálása
K. Barry Sharpless(1941-), megosztott
kémiai Nobel-díj(William S. Knowles,Ryoji Noyori) , 2001
PMás módszerek< Darzens-kondenzáció< diolok aktiválása< kén-ilidek felhasználása
7
Az epoxidok reaktivitásaGyő r ő nyitás nukleofilekkel
Benzo[a]pirén diol epoxid
Benzo[a]pirén diol epoxid és egynonanukleotid duplex adduktuma(addíció a 2'-dezoxiadenozin N 6-
nitrogénjén)
Savas és bázikus közegben egyaránt felnyílik diol(Nu=OH) vagy β-alkoxialkohol (Nu=OR) képzı déseközben
A dohányfüstben található, karcinogénbenzo[a]pirén három enzim segítségévelmetabolizálódik egy diol epoxiddá, amelykölcsönhatásba lép különbözı DNS-szekvenciákkal
Cl ZnCl
OO
Cl
Zn
52 %
N
SMe3SiCHO
O
O+
O
O
OH
N
SCH2Cl2, 0 °C
84 %de > 95 %
O
O
OH
N
S
CH3
I
O
O
OH
N
S
CH3
O
O
OH
CHO
CH3I
NaBH4HgCl2
8
Aldehidek, ketonok el állítása
PGrignard-vegyületek reakciója nitrilekkel
PCinkvegyületek reakciója
PAromások< Friedel-Crafts, Vilsmeier, Gattermann-Koch
PUmpolung< 2-trimetilszilil-tiazol: formil-anion szinton (A. Dondoni)
O
O
O
CH3
HO
H
H O
O
OH
CH3
O
H
H
CO2Et
EtO
O
(EtO)2CO, NaH2 h, 20 °C, 8 h, 55 °C
86 %
OH
OHHO
HO
O
O
OHHO
HO
OH
OH
OHHO
HO
HO
NC
OHHO
HO O
O
HO
1. KCN NaOH
43 %
9
Karbonsavak el állítása
PGrignard-vegyületek reakciója szén-dioxiddal
PAlkil-halogenidek/aldehidek reakciója cianidokkal, a keletkezı nitrilekhidrolízise
PKarbanionok reakciója dietil-karbonáttal
CH3CHO + HS SH
SS
CH3
BF3
1. BuLi, THF-20 °C, 5 h2. hexanol-78-+20 °C1 h, 84 %
S
S
CH3
H3C
OLi
CH3
H3C
OH
O
CaCO3, MeOH, 5 h
CH3H3C
O
O
+
10
Több funkciós csoportot tartalmazó vegyületekel állítása 1. 1,2-Difunkciós vegyületek
Pa1 + d1/d1 + a1
< benzoin-kondenzáció< aldehidek és cianid-ion reakciója< Umpolung
P r1 + r1
< aciloin-kondenzáció< pinakol-reakció< McMurry-kapcsolás
R H R
NEt2
R
NEt2O
R
OH2CO, Et2NH, AcOHCu2Cl2, 16 h, 70 °C
89 %
HgSO4
10 % H2SO4
1 h, 75 °C85-95 % ∆
CH2H3CO
R =
11
Több funkciós csoportot tartalmazó vegyületekel állítása 2. 1,3-Difunkciós vegyületek
Pa1 + d2
< Knoevenagel-kondenzáció< Dieckmann-kondenzáció< Stobbe-kondenzáció< Reformatszkij-reakció< aldol-kondenzáció< Mannich-reakció
O
CO2Me
O
O
CO2Me
CO2Me
O
CO2MeBr
1. NaH, benzol, 20 °C
2.
94 %
d2
a2
O
O
H3C CH3
O
O
H3C CH3
O2N CO2Me
O
H3C CH3
O2N CO2Me
OH
H3C CH3
MeO
O
OMe
H3C CH3
CH3NO2
BuMe3N+ OH-
10h, 20 °C88 %
a3
d1
NaOMeMeOH20 °C
cc. H2SO4
MeOH-35 °C
86 %
CO2Me
12
Több funkciós csoportot tartalmazó vegyületek el állítása 3.1,4-Difunkciós vegyületek
Pa2 + d2
< pl. α-halogén-karbonil-vegyület és enolátion reakciója
Pa3 + d1
< pl. α,β-telítetlen észter és nitrometán reakciója
Nitrovegyületek átalakítása karbonilvegyületté: a Nef-reakció
A szénatom hozzávetı
leges oxidációs száma vagy foka +4 +20-2-4
43210
C/CC=CC-CszénhidrogénekCX4 -CX3 -CHX2 -CH2XhalogénszármazékokCO2 -COOH -CHO -CH2OHoxigéntartalmú vegyületek
-COX >C=O -CH2OR
nem redox átalakítások -CH(OR)2HO-C-C-OH
epoxidok
-CHS -CH2SHkéntartalmú vegyületek -N=C=N- -CN -CH=NH -CH2NH2nitrogéntartalmú vegyületek
-NHC(O)NH2 -CONH2 -CH=NOH
redox átalakítások
13
A funkciós csoportok áttekintése
14
OxidációAlkoholok oxidációja
PPfitzner-Moffatt-oxidáció
PSwern-oxidáció
15
OxidációAlkoholok oxidációja 2.
PJones-oxidáció
POppenauer-oxidáció (Meerwein-Ponndorf-Verley-redukció)
NO2
NO2
Pd/C H2, 2 atm
EtOAc, ~100 %
NH2
NH2
O
MeO
O
O
MeO
O
H2, Pd/C, EtOAc
99%
16
RedukcióAlkalmazott redukálószerek
Phidrogén és fém vagy komplex katalizátor (Ni, Pd, Pt, Ru, Rh)
Pkomplex fémhidridek (alánok, boránok és származékaik)
P redukáló fémek (Li, Na, Mg, Zn, Ca, Sn, Fe, Ti)
Pnitrogénvegyületek (hidrazin, diimin)
P foszforvegyületek [(EtO)3P, R3P]
Pkénvegyületek (Na2S2O4, NaHSO3)
hidrogénezés
Paul Sabatier (1854-1941),megosztott kémiai Nobel-díj
(Victor Grignard), 1912
17
RedukcióTelítetlen szénhidrogének redukciója
PBirch-redukció< aromás vegyületek átalakítása diénekké
18
RedukcióKarbonilvegyületek, savszármazékok redukciója komplex fémhidridekkel
PLítium-tetrahidrido-aluminát< er ı teljes, kevéssé szelektív redukálószer, észtereket is könnyen redukál
PNátrium-tetrahidrido-borát< szelektívebb redukálószer, csak er ı teljes körülmények között redukálja az észtereket
19
RedukcióKarbonilvegyületek redukciója
PClemmensen-redukció< funkcióscsoport-eltávolítás savas közegben
PRedukció Raney-nikkel segítségével< funkcióscsoport-eltávolítás semleges közegben
20
RedukcióKarbonilvegyületek redukciója 2.
PWolff-Kishner-Huang-Minlon-redukció< funkcióscsoport-eltávolítás bázikus közegben
A heteroatom hozz ávet ı leges oxid ációs állapotaN2O5 -NO2 -NO -NHOH -NH2NH3nitrogéntartalmú vegyületekHNO3 -N(+)
/N -N=NH -NHNH2
-N=N(O)-
-S-S- -SHH2Skéntartalmú vegyületekSO3 -S(O)2-OH -S(O)-OH -S-OH -S-
H2SO4 -S(O)2-X -S(O)-X -S-X
-S(O)2- -S(O)-
S
O
Cl
S
O
ClO
Om-CPBA
CH2Cl2
80 %
Cl
CO3H
21
Nitrogén- és kéntartalmú vegyületekoxidációs állapota
pl.
alkének
alkánok
alkil-halogenidek
alkoholok
1,2-diolok
halohidrinek
epoxidokaminok
aldehidekés ketonok
alkinek
22
Feladatok 1.
F9.1. Hogyan lehet megvalósítani az alábbi átalakulásokat?
amidok
alkánok
karbonsavak
alkoholok
laktonokés észterek
oximok
enolátok ésenolát anionok
hidrazonok
aldehidekés ketonok
ciánhidrinek
ketálok éstioketálok
23
Feladatok 2.
F9.2. Hogyan lehet megvalósítani az alábbi átalakulásokat ?
amidok
alkil-halogenidek karbonsavak
alkoholok
észterek
savanhidridekaminok
aldehidek
savhalogenidek
24
Feladatok 3.
F9.3. Hogyan lehet megvalósítani az alábbi átalakulásokat?
25
Ajánlott olvasmányok
PR. O. C. Norman, J. M. Coxon (1993): Principles of organic synthesis. 3rd ed. Blackie Academic and Professional,London. 811 pages, pp. 587-675.
PJ. R. Hanson (2002): Organic synthetic methods. Royal Society of Chemistry, Cambridge. 175 pages. pp. 96-125.
PJ. R. Hanson (2001): Functional Group Chemistry. Royal Society of Chemistry, Cambridge. 165 pages.
PR. C. Larock (1999): Comprehensive Organic Transformations. A Guide to Functional Group Preparations. 2nd ed.Wiley-VCH, New York. 2583 pages.
PM. B. Smith, J. March (2001): Advanced organic chemistry. 5th ed. John Wiley and Sons, New York. 2083 pages.pp. 1506-1604.
PRichard C Larock (1986): Solvomercuration/demercuration reactions in organic synthesis, Springer-Verlag, Berlin,New York.
Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Benzopyrene_diol_epoxide
Phttp://www.rcsb.org/pdb/cgi/explore.cgi?pid=3661075867525&pdbId=1DXA
Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Redox
Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Swern_oxidation
Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Birch_reduction
Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_aluminium_hydride