20-22. Reakcje alkoholi, eterów, oksiranów i amin
gr. najłatwiej odchodząca gr. najtrudniej odchodząca
gr. odchodząca wymaga aktywacji
Reakcje substytucji nukleofilowej, eliminacji i reakcje przebiegające z zachowaniem heteroatomu
najmocniejszy kwas najsłabszy kwas
X = Cl, Br, I
1. Reakcja S
Nw alkoholach – wymiana gr. OH na halogen (X)
Alkohol
Wymiana na 1º, 2° 3º
Cl HCl/ZnCl2 HCl
PCl3/pirydyna SOCl2/pirydyna
Br HBr/H2SO4* HBr/H2SO4* PBr3/pirydyna
I HI** HI**
*Niekiedy wystarczy użyć tylko HBr.
**O ile alkohol jest trwały w obecności HI
Ograniczenia metody (reakcji z HX)
1) większość alkoholi bardzo źle reaguje z HI (bardzo mocny kwas) 2) mała wydajność reakcji alkoholi 1º i 2º z HCl
3) konkurencyjne powstawanie alkenu przez eliminację H2O 4) przegrupowanie karbokationu 2º lub 3º
1.1. Wymiana gr. OH na halogen (X) - reakcja z halogenowodorami (ROH + HX)
Reakcja w obecności kwasu Lewisa (ZnCl2) (wymiana na chlor w alkoholach 1 i 2) - aktywacja grupy OH
aktywacja grupy OH kwasem Lewisa
aktywacja grupy OH kwasem mineralnym Reakcja bez dodatku kwasu Lewisa (wymiana na brom lub jod w alkoholach 1, 2 i 3; wymiana na chlor w alkoholach 3
Alkohole 1°
1.1.-cd. Wymiana gr. OH na halogen (X) - reakcja z halogenowodorami (HX)
Alkohole 2° i 3 °
grozi też przegrupowanie, jeśli to korzystne energetycznie
racemizacja
Reakcja z PBr3 i PCl3 (dobre wyniki daje prowadzenie reakcji w obecności pirydyny) PBr3 = kwas Lewisa
aktywacja gr. OH kwasem Lewisa
1.2. Wymiana gr. OH na halogen (X) - reakcja z PX
3lub SOCl
2inwersja konfiguracji pirydyna (zasada)
aktywacja gr. OH przez estryfikację (ester kwasu chlorosulfonowego)
Reakcja z SOCl2 w obecności pirydyny
inwersja konfiguracji
1.3. Wymiana gr. OH w alkoholach 1° i 2°na różne nukleofile, inne niż halogen
aktywacja gr. OH przez estryfikację (ester kwasu sulfonowego = sulfonian alkilu) chlorek kwasu sulfonowego
grupa odchodząca
• Lepsze wyniki uzyskuje się w przypadku 1° ROH.
• 2° ROH mogą też ulegać eliminacji do alkenów (patrz slajd nr 7).
2. Reakcja S
Nw eterach (rozszczepienie eterów kwasem mineralnym)
Aktywacja eteru kwasem mineralnym
Kiedy może powstać trwały karbokation (np., 3°, allilowy, benzylowy)
Kiedy nie może powstać trwały karbokation, SN2 na niżej rzędowym at. C
Ostrzeżenie.Etery stosowane w roli
rozpuszczalników powinny być oczyszczone od wodoronadtlenków przed użyciem i zużyte w krótkim czasie po oczyszczeniu
!
Etery w roli rozpuszczalników Zawsze
3. Reakcja S
Nw oksiranach w warunkach kwasowych
aktywacja przez protonowanie
z drogi (a) z drogi (b)
Do domu
Jaki produkt da reakcja z udziałem O
H H
racemat
4. Reakcja S
Nw oksiranach w warunkach zasadowych
trans-1,2-diole (trans-diole wicynalne)
racemat
5. Reakcja S
Nw oksiranach w warunkach zasadowych lub obojętnych
nukleofil przy niżej rzędowym at. C
z przegrupowania 2° C+→ 3° C+
Nu = H¯
• dobry sposób na syntezę alkoholi bez obawy o przegrupowanie C+
podatność na odwodnienie aktywacja przez protonowanie
6. Eliminacja (odwodnienie) alkoholi przez działanie kwasem mineralnym
Alkohole 2° i 3° (E1)
produkt główny (najtrwalszy alken)
produkt główny (najtrwalszy alken)
Należy usuwać alken(y) w miarę powstawania, aby zapobiec cofaniu się reakcji
praktycznie nie powstaje
7. Eliminacja (odwodnienie) alkoholi przez działanie POCl
3POCl3 = tlenochlorek fosforu
8. Eliminacja czwartorzędowych wodorotlenków amoniowych
eliminacja Hofmanna
mniej trwały,
niezgodny z regułą Zajcewa
trwalszy,
zgodny z regułą Zajcewa Przypomnienie
Jako alternatywa dla reakcji eliminacji halogenków alkili.
Stan przejściowy zbliżony do bardziej trwałego (wyżej podstawionego) alkenu bo Br- i H2O odchodzi jednocześnie Stan przejściowy zbliżony do
trwalszego C¯ (niżej rzędowego) bo NMe3 jest grupą gorzej odchodzącą niż X¯ i zaczyna odchodzić, kiedy
wiązanie C-H już znacznie się rozluźni.
8.1. Eliminacja czwartorzędowych wodorotlenków amoniowych -praktyka
R
NMe3 R' OH
Unikać! produkt główny
często reakcja niekorzystna
alkohol produkt
utlenienia reagent
2º keton odczynnik Jonesa
odczynnik Coreya
1º aldehyd
odczynnik Coreya odczynnik Dessa-Martina
odczynnik Swerna (diacetoksyjodo)benzen
1º kwas
karboksylowy KMnO4
odczynnik Jonesa
d ik C
9. Reakcje alkoholi przebiegające z zachowaniem atomu tlenu - utlenianie
odczynnik Dessa-Martina
I O O
OAc AcO OAc
CH3 O Ac = odczynnik Coreya
NH
chlorochromian pirydyny (PCC)
CrO3Cl
amina alifatyczna R NH R
NH2
R R N R
R NH3
zasadowość
sprzężony kwas R NH2 R
NH3
R H
N R R
R
NH4
10. Reakcje amin przebiegające z zachowaniem atomu azotu –
aminy jako zasadyw wodzie!
najsłabsze zasady wśród amin, ponieważ zatłoczone sterycznie
pKa: 9.24
moc kwasu
amina aromatyczna NH3 H3CO NH2 NH2 O2N NH2
zasadowość
sprzężony kwas NH4 H3CO NH3 NH3 O2N NH3
silniejsza zasada – podstawnik elektronodonorowy
w pozycji para względem grupy NH2
10.-cd. Reakcje amin przebiegające z zachowaniem atomu azotu
– aminy jako zasadytaka sama reguła w przypadku amin orto-podstawionych
słabsza zasada - podstawnik elektronoakceptorowy
w pozycji para względem grupy NH2
pKa: 9.24
moc kwasu
UZUPEŁNIENIE
Przykład do samodzielnej analizy
Wpływ warunków reakcji na budowę produktu
Podatność różnych sulfonianów na podstawienie nukleofilem
CF3SO2Cl (TfCl) = chlorek kwasu trifluorometanosulfonowego;
CH3SO2Cl (MsCl) = chlorek kwasu metanosulfonowego;
p-CH3-C6H4-SO2Cl (TsCl) = chlorek kwasu p-toluenosulfonowego
C
G
A H
Przykłady przekształceń
Zadanie do samodzielnego rozwiązania
Wykorzystanie zasadowości amin, oddzielanie aminy od związku nie reagującego z kwasem mineralnym
amina 1° + związek obojętny
warstwa wodna (R-NH3+Cl¯; sól aminy) warstwa eterowa (związek obojętny)
rozpuszczenie w eterze i dodanie HCl/H2O
warstwa wodna (R-NH3 Cl ; sól aminy)
warstwa wodna (NaCl) warstwa eterowa (amina)
dodanie eteru i NaOH/H2O warstwa eterowa (związek obojętny)
Nazewnictwo – hierarchia grup funkcyjnych
L.p.
związek grupy funkcyjna
klasa końcówka
w nazwie nazwa priorytet
w nazwie 1 kwas karboksylowy (kwas) –owy karboksyl
2 ester -an -ylu alkoksykarbonyl
3 amid -amid karbamoil
[C(NH2)=O]
4 nitryl -nitryl cyano
5 aldehyd -al okso (=O)
6 aldehyd -al formyl (CH=O)
6 aldehyd -al formyl (CH=O)
7 keton -on okso (=O)
8 alkohol -ol hydroksyl
9 amina -amina amino
10 oksiran oksiran oksiran-2-ylo
11 alken -en alkenyl
12 alkin -yn alkynyl
13 alkan -an alkil
14 eter - alkoksyl
Nazewnictwo dwufunkcyjnych oksiranów
O
2-(prop-1-en-2-yl)oksiran
O
2-etynyloksiran
O
2-etyloksiran O
CO2H
kwas 2-(oksiran-2-ylo)propanowy
O
CN 2-(oksiran-2-ylo)propanoenitryl
O H
O oksiran-2-karboaldehyd
O
O
OMe 2-(1-metoksyetylo)oksiran
O
Br 2-(1-bromoetyl)oksiran O
O
O 1-(oksiran-2-ylo)etanon
O
OH 1-(oksiran-2-ylo)etanol
O
NH2
1-(oksiran-2-ylo)etanamina