Nukleofilne supstitucije na karbonilnoj grupi - pmf.unsa.ba za organsku hemiju i biohemiju... · R...
31
1 Nukleofilne supstitucije na Nukleofilne supstitucije na karbonilnoj grupi karbonilnoj grupi Karboksilne kiseline Karboksilne kiseline
Transcript of Nukleofilne supstitucije na karbonilnoj grupi - pmf.unsa.ba za organsku hemiju i biohemiju... · R...
1
Nukleofilne supstitucije na Nukleofilne supstitucije na karbonilnoj grupikarbonilnoj grupi
Karboksilne kiselineKarboksilne kiseline
2
DerivatiDerivati kkarboksilnih arboksilnih kkiselinaiselina::Nukleofilne Nukleofilne aaccil il ssuuppstitustitucijecije
3
ACACIIL FUNL FUNKCKCIONALIONALNANA GRUPGRUPAAINTERINTERKKONVERONVERZIJEZIJE
R CX
O
R CY
O
R C
O
acilna grupa
4
carboxylic
acid
acid
chloride
ester anhydride
primary secondary tertiary
amides
NEKANEKA ACACIILLNANA JEDINJENJAJEDINJENJA
Ova jedinjenja se razlikuju od aldehida i ketona jersadrže odlazeću grupu:
-OH -Cl -OR -NH2 -O(C=O)R
DERIVATI KISELINA
R C
O
X
R C
O
OH
R C
O
Cl
R C
O
OR'
R C
O
NH2R C
O
NH
R'
R C
O
N
R'
R''
R C
O
O
O
R'
5
Izlazne grupe imaju veoma vaIzlazne grupe imaju veoma važžnu ulogu pri nu ulogu pri usmjeravanju toka reakcijeusmjeravanju toka reakcije
• Reaktivne izlazne grupe:
Cl-, HS-, RCOO-,
• Grupe koje treba protoniranjem prevesti u dobro izlaznu
grupu:
H2O (iz OH- ), ROH (iz RO- ) NH3 ( iz NH2- itd)
• Obično nisu reaktivne kao izlazne grupe:
H-, C-,
6
Reaktivnost derivata karboksilnih kiselina
Što je izlazna grupa stabilnija, to je karboksilni derivat
reaktivniji.
RCOCR'RCOCR'
OO OORCRCClCl
OO
RCOR'RCOR'
OO
RCRCNR'NR'22
OO
RCORCO––
OO
Halidi i karboksilati:
su dobre izlazne grupe jer su
znatno stabilni anioni.
7
Jačina veze izmeñu izlazne grupe i karbonilnog atoma karbona
• Utiče na reaktivnost ovih spojeva;
• Da bi uslijedila supstitucija (nukleofila) ova se veza mora
raskinuti;
• Iz energije veze se vidi da je jednostruka veza C- Cl jača od
jednostruke veze C- N (što se ne uklapa u nañenu
reaktivnost).
8
Meñutim, ispitivanjima funkcionalnih grupa se otkriva, da su
energije veze u skladu sa reaktivnošću. Rezonancija izlazne i
karbonilne grupe objašnjava pojačanje veze C- L značajnim
karakterom dvostruke veze:
R-C
O
LL
O
R-C
Takvo je meñudjelovanje važnije kod atoma N u amida nego
kod atoma halogena halida kiseline. Veza C- N u amidu je
zapravo jača nego što bi se moglo očekivati od jakosti veze C- N
kod zasićenih molekula.
9
Tipična reakcija aldehida ili ketona je adicija, koja je često praćena gubitkom vode.
Derivati kiselina (acilna jedinjenja) podliježu reakcijama supstitucije:
PorePoreññenje enje kkarbonarboniillnihnih jedinjenjajedinjenja
C
O
C
OH
NuR
C
NuR
C
NuR
enamin
imin
NuR
NuR
acetal
:Nu-R
-H2O
R CX
O
R CNu-R
O
:Nu-R
+ :X
Odlazeća grupaZamjenaistiskivanje
hemiacetal
10
1): :
R C Y
O
+ Nu:
slow:..:
R C Y
O
Nu
2)
:..:
R C Y
O
Nu
: :
R C
O
Nu
+ Y:
NukleofilnaNukleofilna aacciil l ssuuppstitstitucijaucija
-
-
-
Pojednostavljen prikaz:
Adicija nukleofila
Eliminacija odlazeće grupe
Karbonilna grupase ponovo formira
11
ReaReakktivtivnostnost kkarbonarboniillnih jedinjenjanih jedinjenja
RC
O
R C O
O
R C Cl
O
R C O
O
R'
R C NH2
O
R C OH
O
R C H
O
R C R'
O
R C O
O
Jače reaktivni Manje reaktivni Specijalan slučaj
Nije potreban katalizator
Kiseli katalizator neophodan(baza se može koristitiza hidrolizu)
OH-
Neophodna kiselina(u konjugiranoj baziC=O je deaktivirana)
Kiseli katalizator potreban jedino sa slabimnukleofilima
..
..
..
( kiseli H )
-I +I
12
R C Cl
O
RC
O
R C O
O
R C O
O
R'
R C NH2
O
ReaReakktivtivnostnost se reflektuje na se reflektuje na sstabilnost odlazetabilnost odlazećće grupee grupe
RC
O
O
O-R’
NH2
Cl
JAKO REAKTIVNI
JAČE BAZE
-
-
-
-
13
PripremanjePripremanje
hhloridlorida kiselinaa kiselina
14
+ SOCl2R C OH
O
R C Cl
O
+
+
O S O
H Cl
Pripremanje kiselinskih hPripremanje kiselinskih hloridloridaa
Isti reagens koji pretvara alkohole u halide
R-O-H R-Cl
benzen
Tionil hlorid
KRATAK PREGLED:
15
16
Reakcije koje ne zahtijevajuReakcije koje ne zahtijevajukatalizatorekatalizatore
Kloridi i anhidridi kiselina
AcilAcil--halidihalidi
Od acil- halida u široj upotrebi su samo acil- kloridi. Sa bromidima i
jodidima je teže rukovati i njihove sinteze su skuplje.
17
O
CR Cl
O
CR N
R
R
+ H N
R
R
O
CR Cl
O
C OHR+ H2O
Hidroliza
Ester
O
CR Cl
O
CR O R+ R OH
Amid
+
ReaReakcije hlorida kiselinakcije hlorida kiselina
Kiselina
+ H Cl
+ H Cl
+ R2NH
2Cl-
18
Kiselinski hloridiKiselinski hloridi
R C
O
Cl
OR' H
R C
O
ClOR'H
O R'H
R C
O
O R'
H
R C
O
O R'
..
..
..
..
..
..
..
..
.. ..
.. ..
..
..
..
..
: ::
::
::
+
+
Cl: :..
..-
-
R C
O
Cl
δ+
δ-
Vrlo reaktivnibez katalizatora
Voda ili alkohol
Cl: :..
..-
O R'H
H
..+
19
O
CR Cl
O
CR O C R
O
+
O
CR O Na
O
CR OH
Pripremanje anhidrida kiselinaPripremanje anhidrida kiselina
NaOH
O
CR O C R
O
+ HCl
Hlorid kiseline i kiselina mogu reagovatidajući anhidrid, ali reakcija ima boljeiskorištenje ako se koristi
so kiseline
Najboljimetod
R C OH
O
2
P2O5 grijanje
Ovaj metod je najbolji ako se koristetečne kiseline male molekulske težineili dikarboksilne kiselinekoje mogu graditi cikličke anhidride
Često se koristi piridinDa poveća nukleofilnost kiseline.
20
21
O
OH
OH
O
O
O
O OH2
grijanjem
+
Ftalna kiselina Anhidrid ftalne kiseline
O
OH
OH
O
O
O
O OH2
grijanjem
+
O
OH
O
OH
grijanjemNema reakcije
FormFormiranjeiranje ccikikliliččkihkih aanhnhiidriddridaa
Maleinska kiselina
Anhidrid maleinske kiseline
fumarna
cis
trans
Geometrija je važna u formiranju cikličkih anhidrida
22
Anhidridi kiselinaAnhidridi kiselinasu gotovo isto reaktivni kao hloridi kiselinasu gotovo isto reaktivni kao hloridi kiselina
Katalizator nije potreban
RC
O
R C O
O
RCOH
O
R’-OH+R C
O
OR'
+
R C
O
OH
RCOH
O
+RC
O
R C O
O
+ H-OH
O
CR N
R
R
+ +H N
R
R
RCO
O
RC
O
R C O
O
-
R2NH2
+
.. ..
Hidroliza
Ester
Amid
Kiselina
23
NaOH
RMgX + CO2
SOCl2
NH3NR’2H
H2O
R’OH“Derivati kiselina”
Na+
Šta sve može biti sintetizirano od kiselina ili hlorida kiselina
…. ili anhidridi kiselina
R CH2OH
R C O
H
R C N
R C OH
O
R C O
O
R' R C O
O
R C Cl
O
R C NH2
O
RC
O
R C O
O
R C NR'2
O
24
Reakcije koje zahtijevaju kiselineReakcije koje zahtijevaju kiselinekao katalizatorekao katalizatore
25
2)
+ Nu:
slow:..
R C Y
O
Nu
H
3)
: :
R C
O
Nu
+ Y:
1)
R C Y
O: :
R C Y
O H:+
R C Y
O H:+
:..
R C Y
O
Nu
H
+ H3O+
Kisela katalizaKisela katalizaNuNukleofilna akleofilna acciil l ssuuppstitustitucijacija
Pojednostavljeno
O
H
H
H O
H
H
:
..+
..
Protoniranje povećavasposobnost skupineda se otcijepi
26
R C N
R C OH
O
R C O
O
R' R C O
O
R C Cl
O
R C NH2
O
RC
O
R C O
O
R C NR'2
O
Interkonverzije funkcionalnih grupaInterkonverzije funkcionalnih grupa
Ove reakcije ne zahtijevaju katalizator
Konverzije koje se dešavaju preko hlorida kiselina ili anhidrida
RC
O
R C O
O
27
R C N
R C OH
O
R C O
O
R'
R C NH2
O
R C NR'2
O
R’OH
H2O
H2O
NH3NR’2H
R’OH
NH3NR’2H
Ove nove interkonverzije su takoñer moguće
R C O
O
R C Cl
O
RC
O
R C O
O
28
R C N
R C OH
O
R C O
O
R'
R C Cl
O
R C NH2
O
R C NR'2
O
R C
O
OR''
R’’OH
R’OH
H2O
H2O
NH3NR’2H
R’OH
NH3NR’2H
Reakcije zahtijevaju Reakcije zahtijevaju kiselinu kao katalizatorkiselinu kao katalizator
Ove transformacije zahtijevajukisele katalizatore, mada se reakcije hidrolize (H2O) bazno katalizirane (NaOH) takoñerdešavaju. Bazni produkt je
RCO
O-
Na+
Umjesto kiseline
Reakcije koje ne idu preko hlorida kiselina ili anhidrida
….. obično H2SO4
29
O
CR OH
O
CR O RR OH
OH H
+
+
H+
FischerFischer--ovaova eesterifisterifikkaacijacija
Ravnoteža se pomjera nadesno
1. Korištenjem viška reaktanta ili2. Uklanjanjem vode
. Ekonomično: U višku sedodaje jeftiniji reaktant
Ravnoteža
30
O
CR OH
H
O
CR O R'
H
R' OH
OR
H
O
CR O
H
OR' H
H
O
CR O
H
OR'
H
H
O
CR O R'
OH R
H
HO
H
R
H O
R
+
..
..
.. .. ..
.. ..
..
..
..
..
: :
:..
..
..
..
:
..
..
..
..:
:..
+
+
+
+
+
+
MEHANIZAM
+ H+
1
2
sporo
+ H2O
RCOOH
H2SO4 + 2 ROH 2 ROH2+ + SO4
2-
višak
gubitak
31
O
CR O R
O
CR O RR OH
OH R
+
+
H+
TransesterifiTransesterifikkaacijacija
O
C O CH3
O
C O CH
CH3
CH3+ +
H+
CH OHCH3
CH3
CH3OH
višak
primjer
grijanjem
Mehanizam je sličanFischer-ovoj esterifikaciji
