SZERVES KEacuteMIAI ALAPISMERETEK
Szerkesztette Varga Szilaacuterd szilardvargabolyaieltehu Budapest 2009 maacutejus 19
Ajaacutenlott irodalom forraacutesok bull Bruckner Győző Szerves keacutemia I-III Nemzeti Tankoumlnyvkiadoacute Budapest 1950-1980 bull Antus Saacutendor Maacutetyus Peacuteter Szerves keacutemia I-III Nemzeti Tankkoumlnyvkiadoacute Budapest 2005
ISBN 9789631957136 bull March J Smith M B Marchs Advanced Organic Chemistry 5
th Edition John Wiley amp
Sons Inc 2001 ISBN 0471585890 bull Clayden J Greeves N Warren S Wothers P Organic Chemistry Oxford Univesiry Press
2001 ISBN 0198503466 bull Anslyn E V Dougharty D A Modern Physical Organic Chemistry University Science
Books 2006 ISBN 9781891389313 bull Smith M B Organic Synthesis McGraw-Hill 2001 ISBN 007048242X bull Kotschy Andraacutes Szaboacute Andraacutes A diaacutekolimpiai levelezőverseny kiegeacutesziacutető leiacuteraacutesai eacutes a
diaacutekolimpiai vaacutelogatoacutetaacutebor előadaacutesai bull wwwchemgapediade
Koumlszoumlnoumlm Rokob Tibor Andraacutesnak az oumlsszefoglaloacute gondos aacutetneacutezeacuteseacutet eacutes az izomeacuteriaacuteroacutel szoacuteloacute reacutesz uacutej logikai rendszerbe valoacute illeszteacuteseacutet eacutes a hasznos tanaacutecsokat valamint Daru Jaacutenosnak az alapos aacutetolvasaacutest eacutes az eacuterthetőseacuteget korlaacutetozoacute koumlvetkezetlenseacutegek gondos kiirtaacutesaacutet A szuumlrke haacutetteacuterrel iacutert reacutesz csak a teljesseacuteg kedveacuteeacutert keruumllt ezen gyűjtemeacutenybe ismerte nem elvaacutert senkitől
TARTALOMJEGYZEacuteK
Izomeacuteria 2 Alapfogalmak 23 Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok 27 Aromaacutes rendszerek 34
2
Izomeacuteria A Alapfogalmak Izomerek azonos oumlsszegkeacutepletű kuumlloumlnboumlző szerkezetű vegyuumlletek Konstituacutecioacute a molekulaacuten beluumll az atomok bdquokapcsoloacutedaacutesi sorrendjerdquo Preciacutezebben keacutet molekula konstituacutecioacutejaacutet akkor tekintjuumlk azonosnak ha az atomjaik koumllcsoumlnoumlsen egyeacutertelműen megfeleltethetők egymaacutesnak oly moacutedon hogy
a) az egymaacutesnak megfeleltetett atomok azonos fajtaacutejuacuteak b) ha az egyik molekulaacuteban A eacutes B atom koumlzoumltt nincs koumlteacutesegyes koumlteacutes vankettős koumlteacutes vanstb
akkor a maacutesik molekulaacuteban nekik megfelelő Aprime eacutes Bprime atom koumlzoumltt is ugyanez a viszony aacutell fenn
Az izomerek alaptiacutepusai
ndash Konstituacutecioacutes izomerek kuumlloumlnboumlző konstituacutecioacutejuacute izomerek ndash Sztereoizomerek azonos konstituacutecioacutejuacute izomerek melyekben kuumlloumlnboumlzik az atomok teacuterbeli
elhelyezkedeacutese rarr szuumlkseacuteguumlnk lesz a teacuterbeli szerkezet lerajzolaacutesaacutera megadaacutesaacutera B A konstituacutecioacutes izomeacuteria speciaacutelis esete tautomeacuteria
Tautomerek olyan konstituacutecioacutes izomerek amelyek egy mozgeacutekony hidrogeacuten eacutes egy kettős koumlteacutes helyzeteacuteben kuumlloumlnboumlznek egymaacutestoacutel Egymaacutesba valoacute aacutetalakulaacutesuk legtoumlbbszoumlr koumlnnyen veacutegbemenő dinamikus egyensuacutelyra vezető folyamat
Oxondashenol tautomeacuteria
(Az aacuteltalaacuteban stabilabbnak bizonyuloacute formaacutet alaacutehuacutezaacutessal jeloumlltuumlk Kiveacutetelek persze előfordulhatnak)
OH O
enol oxo
Amidndashiminohidrin laktaacutemndashlaktim tautomeacuteria
laktim laktaacutem
N OH NH
O
3
Gyűrűndashlaacutenc tautomeacuteria
laacutenc gyűrű
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
OH
OH
H
OHH
OH
CH2OH
HOH
Iminndasheacutenamin tautomeacuteria
imin eacutenamin
NHN
Nitrondashacinitro tautomeacuteria
nitro acinitro
N
OH
ON
O
O
Nitrozondashoxim tautomeacuteria
NHO
NO
oxim nitrozo
C A molekulaacutek teacuterszerkezeteacutenek aacutebraacutezolaacutesa Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
COOH
H3COH
H
(+)-tejsav
4
Fűreacuteszbak eacutes zegzugos aacutebraacutezolaacutes
H
H H
H
HH
CH3
CH3
H H
H H
Cl
Br
Fischer-projekcioacute A Fischer-projekcioacuteban toumlrteacutenő aacutebraacutezolaacutes eseteacuten a molekulaacutet a teacuterben uacutegy forgatjuk hogy a C-atom szubsztituensei bdquofeluumllrőlrdquo neacutezve biciklikormaacuteny alakban aacutelljanak majd bdquolefeleacuterdquo a siacutekba vetiacutetjuumlk A balra-jobbra aacutelloacute szubsztituensek a papiacuter siacutekjaacuteboacutel kiemelkednek a maacutesik kettő a papiacuter siacutekja moumlgeacute hajol Szemleacuteletes peacuteldakeacutent aacutelljon a tejsav
OH
C
H3C COOHH
C
OHH3C
COOHH
COOH
C
H
H3C
OH
CH3C OH
H
COOHCOOH
H
OHH3C
HIBAacuteS VETIacuteTEacuteS (mivel a balra-jobbra aacutelloacute szubsztituensek hajolnak a papiacuter siacutekja moumlgeacute)
C
HH3C
COOHHO
COOH
C
HO
H3C
H
5
A Fischer-projekcioacute tulajdonsaacutegai
COOH
CH3
HHO HOOC
OH
CH3
H
HOOC CH3
OH
H
1 csere
1 csere
(+)-tejsav
(+)-tejsav
(-)-tejsav
H3C COOH
OH
H
(-)-tejsav
90o
1 csere
Newman-projekcioacute
A molekulaacutet keacutet atomot (leggyakrabban szeacutenatomot) oumlsszekoumltő koumlteacutes iraacutenyaacuteboacutel szemleacuteljuumlk
H
H H
H
HH
H
H HH
HH
H
H H
H
H H
H
H
H
H
HH
nyitott
fedotilde
bull A koumlzelebbi atom a haacuterom szubsztituens koumlteacuteseacutenek metszeacutespontjaacuteban talaacutelhatoacute bull A taacutevolabbi atomot egy koumlr jelkeacutepezi bull A taacutevolabbi atomhoz kapcsoloacutedoacute atomok koumlteacutesei a koumlrhoumlz kapcsoloacutednak azt nem metszik eacutes
benne nem talaacutelkoznak
A fedő aacutellaacutest az egyik iraacutenyba kisseacute elfordiacutetva aacutebraacutezoljuk a taacutevolabbi szeacutenatom ligandumjainak laacutethatoacutesaacutega eacuterdekeacuteben
6
D A sztereoizomeacuteriaacuteroacutel aacuteltalaacuteban Kiraacutelis molekula olyan molekula mely tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem azonos (nem hozhatoacute fedeacutesbe) Akiraacutelis molekula nem kiraacutelis tehaacutet tuumlkoumlrkeacutepeacutevel azonos (fedeacutesbe hozhatoacute) molekula
Enantiomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
H
CNHO
RH
NC OH
R
Diasztereomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek NEM egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
Sztereoizomeacuteriaacutet toumlbbfeacutele jelenseacuteg okozhat
ndash Topologikus sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha a molekulaacutek koumlteacutesrendszereacutenek topoloacutegiaacuteja kuumlloumlnboumlzik Keveacutesbeacute preciacutezen ha minden koumlteacuteshossz koumlteacutesszoumlg tetszőleges vaacuteltozaacutesaacutet valamint baacutermely koumlteacutes koumlruumlli tetszőleges elfordulaacutest megengeduumlnk a koumlteacuteseket bdquogumiszalagoknakrdquo keacutepzeljuumlk akkor sem lehetseacuteges a keacutet izomert fedeacutesbe hozni
o Peacuteldaacutek molekulaacuteris csomoacutek molekulaacuteris Moumlbius-szalagok ndash Konfiguraacutecioacutes sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha az izomeacuteriaacutet ligandumoknak atomok vagy
kettős koumlteacutesek koumlruumlli kuumlloumlnboumlző relatiacutev elrendeződeacutese okozza o A konfiguraacutecioacute ennek megfelelően a ligandumoknak atomok vagy kettős koumlteacutesek
koumlruumlli relatiacutev teacuterbeli elhelyezkedeacutese A kuumlloumlnboumlző konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr nem alakulnak egymaacutesba tehaacutet kuumlloumlnboumlző izolaacutelhatoacute vegyuumlletek
ndash Konformaacutecioacutes sztereoizomerekről vagy egyszerűen rotamerekről beszeacuteluumlnk ha az izomerek
egyszeres koumlteacutesek koumlruumlli elforgataacutessal (avagy geometriai jellemzők kismeacuterteacutekű a konfiguraacutecioacutet nem eacuterintő torziacutetaacutesaacuteval) egymaacutesba vihetők
o A konformaacutecioacute ennek megfelelően az egyes koumlteacutesek koumlruumlli relatiacutev elhelyezkedeacutes A kuumlloumlnboumlző konformaacutecioacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr gyorsan egymaacutesba alakulhatnak nem izolaacutelhatoacutek iacutegy azonos vegyuumlletnek tekintjuumlk őket
o Konformernek a molekula lokaacutelis energiaminimumot jelentő rotamereit nevezzuumlk o Peacuteldaacutek butaacuten antiperiplanaacuteris eacutes gauche konformerei ciklohexaacuten szeacutek- eacutes kaacutedalkatuacute
rotamerei o A rotaacutecioacute gaacutetoltsaacutega miatt esetleg lehetőseacuteg nyiacutelhat a konformerek izolaacutelaacutesaacutera az
izolaacutelhatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomereket atroacutepizomereknek nevezzuumlk eacutes eacutertelemszerűen kuumlloumlnboumlző vegyuumlletnek tekintjuumlk
Bonyolultabb (sőt valoacutejaacuteban nem is olyan nagyon bonyolult molekulaacutek eseteacuten) a fent emliacutetett jelenseacutegek koumlzuumll egyszerre toumlbb is okolhatoacute keacutet izomer koumlzoumltti kuumlloumlnbseacutegekeacutert Mivel a kuumlloumlnboumlző konformerek aacuteltalaacuteban koumlnnyen egymaacutesba alakulhatnak ezeacutert
ndash a konformaacutecioacutes izomeacuteriaacutet legtoumlbbszoumlr csak azonos konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutekra vizsgaacuteljuk ndash a konfiguraacutecioacute vizsgaacutelatakor a lehetseacuteges konformaacutecioacutes kuumlloumlnbseacutegekkel nem foglalkozunk
7
E A kiralitaacutes eacutes fajtaacutei Szaacutemos esetben előfordul hogy a molekulaacutenkban levő atomok atomcsoportok egyeacutertelműen meghataacuteroznak egy az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute bdquocsavarmenetetrdquo (egyeacutertelműen ugyanazon szabaacutelyokat alkalmazva ugyanazon csoportok helyzete nem eacutertelmezhető az ellenteacutetes csavarmenettel) Egy ilyen szerkezeti elem tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem hozhatoacute fedeacutesbe tehaacutet kiraacutelissaacute teheti a molekulaacutet eacutes sztereoizomeacuteria felleacutepteacutehez vezethet
ndashφ
+φ
Tekintsuumlk aacutet hogy szerves molekulaacutekban jellemzően milyen szerkezeti elemeknek koumlszoumlnhetően jelennek meg bdquocsavarmenetekrdquo azaz milyen fajta szerkezeti reacuteszletek milyen sztereogeacuten elemek okozhatnak kiralitaacutest 1 Centraacutelis kiralitaacutes vagy aszimmetriacentrum
d
c
b
a
A neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandummal rendelkező tetraeacutederes atomok koumlruumlli ligandumelrendeződeacutes egyeacutertelműen meghataacuteroz egy csavarmenetet iacutegy kiralitaacutest eredmeacutenyez Peacutelda
COOH
H3COH
H
2 Axiaacutelis kiralitaacutes Ha a molekulaacutenkban nincs aszimmetriacentrum de adott egy tengely s koumlruumlloumltte talaacutelhatoacute egy paacuter nem egy siacutekban fekvő ligandum mely csavarmenetet hataacuteroz meg akkor axiaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk
a
a
8
Peacuteldaacutek
C C
COOH
H
HOOC
HC
CH3
H H
H
HH3C
3 Planaacuteris kiralitaacutes Planaacuteris kiralitaacutest tartalmaz a molekulaacutenk ha kiralitaacutescentrumot vagy kiralitaacutestengelyt nem tudunk azonosiacutetani de adott egy siacutek melyben az atomcsoportok elhelyezkedeacutese alapjaacuten ki tudunk tuumlntetni egy koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyt tovaacutebbi ki tudjuk tuumlntetni a siacutek egyik oldalaacutet
Peacuteldaacutek
O O
COOH
Fe
CH3
COOH
4 Helikaacutelis kiralitaacutes Helikaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk ha molekulaacutenknak bdquoraacuteneacutezeacutesrerdquo is jellemző szerkezeti eleme egy csavarmenet
Peacutelda
9
Talaacuten hasznos kiemelni hogy a kategoacuteriaacutek koumlzoumltti hataacutervonal neacuteha elmosoacutedott Peacuteldaacutek
ndash axiaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute centraacuteliskeacutent is
H
H3C H
COOH
ndash helikaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
ndash planaacuterisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
H
H Toumlbb kiralitaacuteselemet tartalmazoacute molekulaacutek Amennyiben egy molekulaacuteban a fenti elemekből nem egy hanem n db talaacutelhatoacute aacuteltalaacutenossaacutegban 2n kiraacutelis sztereoizomer vaacuterhatoacute Ezek 2nndash1 enantiomer paacutert alkotnak az egyes paacuterok tagjai egymaacutessal diasztereomer viszonyban vannak Azokat a vegyuumlletpaacuterokat melyek pontosan egy kiralitaacuteselem konfiguraacutecioacutejaacuteban kuumlloumlnboumlznek epimereknek hiacutevjuk (ezt a fogalmat aacuteltalaacuteban csak kiralitaacutescentrumokat tartalmazoacute molekulaacutekra hasznaacuteljuk) Az aacuteltalaacutenos szabaacutelytoacutel elteacutereacutes adoacutedhat ha a molekula szimmetriaacuteja miatt bizonyos kiralitaacuteselemek ekvivalensek Ilyenkor az izomerek szaacutema kevesebb lehet illetve megjelenhetnek belső tuumlkoumlrsiacutekot tartalmazoacute eacutes ezeacutert akiraacutelis (mezo) izomerek A fentiekre peacuteldakeacutent aacutelljon itt a borkősav melyben keacutet ekvivalens kiralitaacutescentrum talaacutelhatoacute 3 lehetseacuteges izomere van egy enantiomer paacuter eacutes egy azzal diasztereomer viszonyban leacutevő mezoizomer
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
diasztereomerek
enantiomerek
C2-epimerek
mezo-borkősav
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
2
Izomeacuteria A Alapfogalmak Izomerek azonos oumlsszegkeacutepletű kuumlloumlnboumlző szerkezetű vegyuumlletek Konstituacutecioacute a molekulaacuten beluumll az atomok bdquokapcsoloacutedaacutesi sorrendjerdquo Preciacutezebben keacutet molekula konstituacutecioacutejaacutet akkor tekintjuumlk azonosnak ha az atomjaik koumllcsoumlnoumlsen egyeacutertelműen megfeleltethetők egymaacutesnak oly moacutedon hogy
a) az egymaacutesnak megfeleltetett atomok azonos fajtaacutejuacuteak b) ha az egyik molekulaacuteban A eacutes B atom koumlzoumltt nincs koumlteacutesegyes koumlteacutes vankettős koumlteacutes vanstb
akkor a maacutesik molekulaacuteban nekik megfelelő Aprime eacutes Bprime atom koumlzoumltt is ugyanez a viszony aacutell fenn
Az izomerek alaptiacutepusai
ndash Konstituacutecioacutes izomerek kuumlloumlnboumlző konstituacutecioacutejuacute izomerek ndash Sztereoizomerek azonos konstituacutecioacutejuacute izomerek melyekben kuumlloumlnboumlzik az atomok teacuterbeli
elhelyezkedeacutese rarr szuumlkseacuteguumlnk lesz a teacuterbeli szerkezet lerajzolaacutesaacutera megadaacutesaacutera B A konstituacutecioacutes izomeacuteria speciaacutelis esete tautomeacuteria
Tautomerek olyan konstituacutecioacutes izomerek amelyek egy mozgeacutekony hidrogeacuten eacutes egy kettős koumlteacutes helyzeteacuteben kuumlloumlnboumlznek egymaacutestoacutel Egymaacutesba valoacute aacutetalakulaacutesuk legtoumlbbszoumlr koumlnnyen veacutegbemenő dinamikus egyensuacutelyra vezető folyamat
Oxondashenol tautomeacuteria
(Az aacuteltalaacuteban stabilabbnak bizonyuloacute formaacutet alaacutehuacutezaacutessal jeloumlltuumlk Kiveacutetelek persze előfordulhatnak)
OH O
enol oxo
Amidndashiminohidrin laktaacutemndashlaktim tautomeacuteria
laktim laktaacutem
N OH NH
O
3
Gyűrűndashlaacutenc tautomeacuteria
laacutenc gyűrű
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
OH
OH
H
OHH
OH
CH2OH
HOH
Iminndasheacutenamin tautomeacuteria
imin eacutenamin
NHN
Nitrondashacinitro tautomeacuteria
nitro acinitro
N
OH
ON
O
O
Nitrozondashoxim tautomeacuteria
NHO
NO
oxim nitrozo
C A molekulaacutek teacuterszerkezeteacutenek aacutebraacutezolaacutesa Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
COOH
H3COH
H
(+)-tejsav
4
Fűreacuteszbak eacutes zegzugos aacutebraacutezolaacutes
H
H H
H
HH
CH3
CH3
H H
H H
Cl
Br
Fischer-projekcioacute A Fischer-projekcioacuteban toumlrteacutenő aacutebraacutezolaacutes eseteacuten a molekulaacutet a teacuterben uacutegy forgatjuk hogy a C-atom szubsztituensei bdquofeluumllrőlrdquo neacutezve biciklikormaacuteny alakban aacutelljanak majd bdquolefeleacuterdquo a siacutekba vetiacutetjuumlk A balra-jobbra aacutelloacute szubsztituensek a papiacuter siacutekjaacuteboacutel kiemelkednek a maacutesik kettő a papiacuter siacutekja moumlgeacute hajol Szemleacuteletes peacuteldakeacutent aacutelljon a tejsav
OH
C
H3C COOHH
C
OHH3C
COOHH
COOH
C
H
H3C
OH
CH3C OH
H
COOHCOOH
H
OHH3C
HIBAacuteS VETIacuteTEacuteS (mivel a balra-jobbra aacutelloacute szubsztituensek hajolnak a papiacuter siacutekja moumlgeacute)
C
HH3C
COOHHO
COOH
C
HO
H3C
H
5
A Fischer-projekcioacute tulajdonsaacutegai
COOH
CH3
HHO HOOC
OH
CH3
H
HOOC CH3
OH
H
1 csere
1 csere
(+)-tejsav
(+)-tejsav
(-)-tejsav
H3C COOH
OH
H
(-)-tejsav
90o
1 csere
Newman-projekcioacute
A molekulaacutet keacutet atomot (leggyakrabban szeacutenatomot) oumlsszekoumltő koumlteacutes iraacutenyaacuteboacutel szemleacuteljuumlk
H
H H
H
HH
H
H HH
HH
H
H H
H
H H
H
H
H
H
HH
nyitott
fedotilde
bull A koumlzelebbi atom a haacuterom szubsztituens koumlteacuteseacutenek metszeacutespontjaacuteban talaacutelhatoacute bull A taacutevolabbi atomot egy koumlr jelkeacutepezi bull A taacutevolabbi atomhoz kapcsoloacutedoacute atomok koumlteacutesei a koumlrhoumlz kapcsoloacutednak azt nem metszik eacutes
benne nem talaacutelkoznak
A fedő aacutellaacutest az egyik iraacutenyba kisseacute elfordiacutetva aacutebraacutezoljuk a taacutevolabbi szeacutenatom ligandumjainak laacutethatoacutesaacutega eacuterdekeacuteben
6
D A sztereoizomeacuteriaacuteroacutel aacuteltalaacuteban Kiraacutelis molekula olyan molekula mely tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem azonos (nem hozhatoacute fedeacutesbe) Akiraacutelis molekula nem kiraacutelis tehaacutet tuumlkoumlrkeacutepeacutevel azonos (fedeacutesbe hozhatoacute) molekula
Enantiomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
H
CNHO
RH
NC OH
R
Diasztereomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek NEM egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
Sztereoizomeacuteriaacutet toumlbbfeacutele jelenseacuteg okozhat
ndash Topologikus sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha a molekulaacutek koumlteacutesrendszereacutenek topoloacutegiaacuteja kuumlloumlnboumlzik Keveacutesbeacute preciacutezen ha minden koumlteacuteshossz koumlteacutesszoumlg tetszőleges vaacuteltozaacutesaacutet valamint baacutermely koumlteacutes koumlruumlli tetszőleges elfordulaacutest megengeduumlnk a koumlteacuteseket bdquogumiszalagoknakrdquo keacutepzeljuumlk akkor sem lehetseacuteges a keacutet izomert fedeacutesbe hozni
o Peacuteldaacutek molekulaacuteris csomoacutek molekulaacuteris Moumlbius-szalagok ndash Konfiguraacutecioacutes sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha az izomeacuteriaacutet ligandumoknak atomok vagy
kettős koumlteacutesek koumlruumlli kuumlloumlnboumlző relatiacutev elrendeződeacutese okozza o A konfiguraacutecioacute ennek megfelelően a ligandumoknak atomok vagy kettős koumlteacutesek
koumlruumlli relatiacutev teacuterbeli elhelyezkedeacutese A kuumlloumlnboumlző konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr nem alakulnak egymaacutesba tehaacutet kuumlloumlnboumlző izolaacutelhatoacute vegyuumlletek
ndash Konformaacutecioacutes sztereoizomerekről vagy egyszerűen rotamerekről beszeacuteluumlnk ha az izomerek
egyszeres koumlteacutesek koumlruumlli elforgataacutessal (avagy geometriai jellemzők kismeacuterteacutekű a konfiguraacutecioacutet nem eacuterintő torziacutetaacutesaacuteval) egymaacutesba vihetők
o A konformaacutecioacute ennek megfelelően az egyes koumlteacutesek koumlruumlli relatiacutev elhelyezkedeacutes A kuumlloumlnboumlző konformaacutecioacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr gyorsan egymaacutesba alakulhatnak nem izolaacutelhatoacutek iacutegy azonos vegyuumlletnek tekintjuumlk őket
o Konformernek a molekula lokaacutelis energiaminimumot jelentő rotamereit nevezzuumlk o Peacuteldaacutek butaacuten antiperiplanaacuteris eacutes gauche konformerei ciklohexaacuten szeacutek- eacutes kaacutedalkatuacute
rotamerei o A rotaacutecioacute gaacutetoltsaacutega miatt esetleg lehetőseacuteg nyiacutelhat a konformerek izolaacutelaacutesaacutera az
izolaacutelhatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomereket atroacutepizomereknek nevezzuumlk eacutes eacutertelemszerűen kuumlloumlnboumlző vegyuumlletnek tekintjuumlk
Bonyolultabb (sőt valoacutejaacuteban nem is olyan nagyon bonyolult molekulaacutek eseteacuten) a fent emliacutetett jelenseacutegek koumlzuumll egyszerre toumlbb is okolhatoacute keacutet izomer koumlzoumltti kuumlloumlnbseacutegekeacutert Mivel a kuumlloumlnboumlző konformerek aacuteltalaacuteban koumlnnyen egymaacutesba alakulhatnak ezeacutert
ndash a konformaacutecioacutes izomeacuteriaacutet legtoumlbbszoumlr csak azonos konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutekra vizsgaacuteljuk ndash a konfiguraacutecioacute vizsgaacutelatakor a lehetseacuteges konformaacutecioacutes kuumlloumlnbseacutegekkel nem foglalkozunk
7
E A kiralitaacutes eacutes fajtaacutei Szaacutemos esetben előfordul hogy a molekulaacutenkban levő atomok atomcsoportok egyeacutertelműen meghataacuteroznak egy az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute bdquocsavarmenetetrdquo (egyeacutertelműen ugyanazon szabaacutelyokat alkalmazva ugyanazon csoportok helyzete nem eacutertelmezhető az ellenteacutetes csavarmenettel) Egy ilyen szerkezeti elem tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem hozhatoacute fedeacutesbe tehaacutet kiraacutelissaacute teheti a molekulaacutet eacutes sztereoizomeacuteria felleacutepteacutehez vezethet
ndashφ
+φ
Tekintsuumlk aacutet hogy szerves molekulaacutekban jellemzően milyen szerkezeti elemeknek koumlszoumlnhetően jelennek meg bdquocsavarmenetekrdquo azaz milyen fajta szerkezeti reacuteszletek milyen sztereogeacuten elemek okozhatnak kiralitaacutest 1 Centraacutelis kiralitaacutes vagy aszimmetriacentrum
d
c
b
a
A neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandummal rendelkező tetraeacutederes atomok koumlruumlli ligandumelrendeződeacutes egyeacutertelműen meghataacuteroz egy csavarmenetet iacutegy kiralitaacutest eredmeacutenyez Peacutelda
COOH
H3COH
H
2 Axiaacutelis kiralitaacutes Ha a molekulaacutenkban nincs aszimmetriacentrum de adott egy tengely s koumlruumlloumltte talaacutelhatoacute egy paacuter nem egy siacutekban fekvő ligandum mely csavarmenetet hataacuteroz meg akkor axiaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk
a
a
8
Peacuteldaacutek
C C
COOH
H
HOOC
HC
CH3
H H
H
HH3C
3 Planaacuteris kiralitaacutes Planaacuteris kiralitaacutest tartalmaz a molekulaacutenk ha kiralitaacutescentrumot vagy kiralitaacutestengelyt nem tudunk azonosiacutetani de adott egy siacutek melyben az atomcsoportok elhelyezkedeacutese alapjaacuten ki tudunk tuumlntetni egy koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyt tovaacutebbi ki tudjuk tuumlntetni a siacutek egyik oldalaacutet
Peacuteldaacutek
O O
COOH
Fe
CH3
COOH
4 Helikaacutelis kiralitaacutes Helikaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk ha molekulaacutenknak bdquoraacuteneacutezeacutesrerdquo is jellemző szerkezeti eleme egy csavarmenet
Peacutelda
9
Talaacuten hasznos kiemelni hogy a kategoacuteriaacutek koumlzoumltti hataacutervonal neacuteha elmosoacutedott Peacuteldaacutek
ndash axiaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute centraacuteliskeacutent is
H
H3C H
COOH
ndash helikaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
ndash planaacuterisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
H
H Toumlbb kiralitaacuteselemet tartalmazoacute molekulaacutek Amennyiben egy molekulaacuteban a fenti elemekből nem egy hanem n db talaacutelhatoacute aacuteltalaacutenossaacutegban 2n kiraacutelis sztereoizomer vaacuterhatoacute Ezek 2nndash1 enantiomer paacutert alkotnak az egyes paacuterok tagjai egymaacutessal diasztereomer viszonyban vannak Azokat a vegyuumlletpaacuterokat melyek pontosan egy kiralitaacuteselem konfiguraacutecioacutejaacuteban kuumlloumlnboumlznek epimereknek hiacutevjuk (ezt a fogalmat aacuteltalaacuteban csak kiralitaacutescentrumokat tartalmazoacute molekulaacutekra hasznaacuteljuk) Az aacuteltalaacutenos szabaacutelytoacutel elteacutereacutes adoacutedhat ha a molekula szimmetriaacuteja miatt bizonyos kiralitaacuteselemek ekvivalensek Ilyenkor az izomerek szaacutema kevesebb lehet illetve megjelenhetnek belső tuumlkoumlrsiacutekot tartalmazoacute eacutes ezeacutert akiraacutelis (mezo) izomerek A fentiekre peacuteldakeacutent aacutelljon itt a borkősav melyben keacutet ekvivalens kiralitaacutescentrum talaacutelhatoacute 3 lehetseacuteges izomere van egy enantiomer paacuter eacutes egy azzal diasztereomer viszonyban leacutevő mezoizomer
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
diasztereomerek
enantiomerek
C2-epimerek
mezo-borkősav
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
3
Gyűrűndashlaacutenc tautomeacuteria
laacutenc gyűrű
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
OH
OH
H
OHH
OH
CH2OH
HOH
Iminndasheacutenamin tautomeacuteria
imin eacutenamin
NHN
Nitrondashacinitro tautomeacuteria
nitro acinitro
N
OH
ON
O
O
Nitrozondashoxim tautomeacuteria
NHO
NO
oxim nitrozo
C A molekulaacutek teacuterszerkezeteacutenek aacutebraacutezolaacutesa Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
COOH
H3COH
H
(+)-tejsav
4
Fűreacuteszbak eacutes zegzugos aacutebraacutezolaacutes
H
H H
H
HH
CH3
CH3
H H
H H
Cl
Br
Fischer-projekcioacute A Fischer-projekcioacuteban toumlrteacutenő aacutebraacutezolaacutes eseteacuten a molekulaacutet a teacuterben uacutegy forgatjuk hogy a C-atom szubsztituensei bdquofeluumllrőlrdquo neacutezve biciklikormaacuteny alakban aacutelljanak majd bdquolefeleacuterdquo a siacutekba vetiacutetjuumlk A balra-jobbra aacutelloacute szubsztituensek a papiacuter siacutekjaacuteboacutel kiemelkednek a maacutesik kettő a papiacuter siacutekja moumlgeacute hajol Szemleacuteletes peacuteldakeacutent aacutelljon a tejsav
OH
C
H3C COOHH
C
OHH3C
COOHH
COOH
C
H
H3C
OH
CH3C OH
H
COOHCOOH
H
OHH3C
HIBAacuteS VETIacuteTEacuteS (mivel a balra-jobbra aacutelloacute szubsztituensek hajolnak a papiacuter siacutekja moumlgeacute)
C
HH3C
COOHHO
COOH
C
HO
H3C
H
5
A Fischer-projekcioacute tulajdonsaacutegai
COOH
CH3
HHO HOOC
OH
CH3
H
HOOC CH3
OH
H
1 csere
1 csere
(+)-tejsav
(+)-tejsav
(-)-tejsav
H3C COOH
OH
H
(-)-tejsav
90o
1 csere
Newman-projekcioacute
A molekulaacutet keacutet atomot (leggyakrabban szeacutenatomot) oumlsszekoumltő koumlteacutes iraacutenyaacuteboacutel szemleacuteljuumlk
H
H H
H
HH
H
H HH
HH
H
H H
H
H H
H
H
H
H
HH
nyitott
fedotilde
bull A koumlzelebbi atom a haacuterom szubsztituens koumlteacuteseacutenek metszeacutespontjaacuteban talaacutelhatoacute bull A taacutevolabbi atomot egy koumlr jelkeacutepezi bull A taacutevolabbi atomhoz kapcsoloacutedoacute atomok koumlteacutesei a koumlrhoumlz kapcsoloacutednak azt nem metszik eacutes
benne nem talaacutelkoznak
A fedő aacutellaacutest az egyik iraacutenyba kisseacute elfordiacutetva aacutebraacutezoljuk a taacutevolabbi szeacutenatom ligandumjainak laacutethatoacutesaacutega eacuterdekeacuteben
6
D A sztereoizomeacuteriaacuteroacutel aacuteltalaacuteban Kiraacutelis molekula olyan molekula mely tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem azonos (nem hozhatoacute fedeacutesbe) Akiraacutelis molekula nem kiraacutelis tehaacutet tuumlkoumlrkeacutepeacutevel azonos (fedeacutesbe hozhatoacute) molekula
Enantiomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
H
CNHO
RH
NC OH
R
Diasztereomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek NEM egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
Sztereoizomeacuteriaacutet toumlbbfeacutele jelenseacuteg okozhat
ndash Topologikus sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha a molekulaacutek koumlteacutesrendszereacutenek topoloacutegiaacuteja kuumlloumlnboumlzik Keveacutesbeacute preciacutezen ha minden koumlteacuteshossz koumlteacutesszoumlg tetszőleges vaacuteltozaacutesaacutet valamint baacutermely koumlteacutes koumlruumlli tetszőleges elfordulaacutest megengeduumlnk a koumlteacuteseket bdquogumiszalagoknakrdquo keacutepzeljuumlk akkor sem lehetseacuteges a keacutet izomert fedeacutesbe hozni
o Peacuteldaacutek molekulaacuteris csomoacutek molekulaacuteris Moumlbius-szalagok ndash Konfiguraacutecioacutes sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha az izomeacuteriaacutet ligandumoknak atomok vagy
kettős koumlteacutesek koumlruumlli kuumlloumlnboumlző relatiacutev elrendeződeacutese okozza o A konfiguraacutecioacute ennek megfelelően a ligandumoknak atomok vagy kettős koumlteacutesek
koumlruumlli relatiacutev teacuterbeli elhelyezkedeacutese A kuumlloumlnboumlző konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr nem alakulnak egymaacutesba tehaacutet kuumlloumlnboumlző izolaacutelhatoacute vegyuumlletek
ndash Konformaacutecioacutes sztereoizomerekről vagy egyszerűen rotamerekről beszeacuteluumlnk ha az izomerek
egyszeres koumlteacutesek koumlruumlli elforgataacutessal (avagy geometriai jellemzők kismeacuterteacutekű a konfiguraacutecioacutet nem eacuterintő torziacutetaacutesaacuteval) egymaacutesba vihetők
o A konformaacutecioacute ennek megfelelően az egyes koumlteacutesek koumlruumlli relatiacutev elhelyezkedeacutes A kuumlloumlnboumlző konformaacutecioacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr gyorsan egymaacutesba alakulhatnak nem izolaacutelhatoacutek iacutegy azonos vegyuumlletnek tekintjuumlk őket
o Konformernek a molekula lokaacutelis energiaminimumot jelentő rotamereit nevezzuumlk o Peacuteldaacutek butaacuten antiperiplanaacuteris eacutes gauche konformerei ciklohexaacuten szeacutek- eacutes kaacutedalkatuacute
rotamerei o A rotaacutecioacute gaacutetoltsaacutega miatt esetleg lehetőseacuteg nyiacutelhat a konformerek izolaacutelaacutesaacutera az
izolaacutelhatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomereket atroacutepizomereknek nevezzuumlk eacutes eacutertelemszerűen kuumlloumlnboumlző vegyuumlletnek tekintjuumlk
Bonyolultabb (sőt valoacutejaacuteban nem is olyan nagyon bonyolult molekulaacutek eseteacuten) a fent emliacutetett jelenseacutegek koumlzuumll egyszerre toumlbb is okolhatoacute keacutet izomer koumlzoumltti kuumlloumlnbseacutegekeacutert Mivel a kuumlloumlnboumlző konformerek aacuteltalaacuteban koumlnnyen egymaacutesba alakulhatnak ezeacutert
ndash a konformaacutecioacutes izomeacuteriaacutet legtoumlbbszoumlr csak azonos konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutekra vizsgaacuteljuk ndash a konfiguraacutecioacute vizsgaacutelatakor a lehetseacuteges konformaacutecioacutes kuumlloumlnbseacutegekkel nem foglalkozunk
7
E A kiralitaacutes eacutes fajtaacutei Szaacutemos esetben előfordul hogy a molekulaacutenkban levő atomok atomcsoportok egyeacutertelműen meghataacuteroznak egy az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute bdquocsavarmenetetrdquo (egyeacutertelműen ugyanazon szabaacutelyokat alkalmazva ugyanazon csoportok helyzete nem eacutertelmezhető az ellenteacutetes csavarmenettel) Egy ilyen szerkezeti elem tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem hozhatoacute fedeacutesbe tehaacutet kiraacutelissaacute teheti a molekulaacutet eacutes sztereoizomeacuteria felleacutepteacutehez vezethet
ndashφ
+φ
Tekintsuumlk aacutet hogy szerves molekulaacutekban jellemzően milyen szerkezeti elemeknek koumlszoumlnhetően jelennek meg bdquocsavarmenetekrdquo azaz milyen fajta szerkezeti reacuteszletek milyen sztereogeacuten elemek okozhatnak kiralitaacutest 1 Centraacutelis kiralitaacutes vagy aszimmetriacentrum
d
c
b
a
A neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandummal rendelkező tetraeacutederes atomok koumlruumlli ligandumelrendeződeacutes egyeacutertelműen meghataacuteroz egy csavarmenetet iacutegy kiralitaacutest eredmeacutenyez Peacutelda
COOH
H3COH
H
2 Axiaacutelis kiralitaacutes Ha a molekulaacutenkban nincs aszimmetriacentrum de adott egy tengely s koumlruumlloumltte talaacutelhatoacute egy paacuter nem egy siacutekban fekvő ligandum mely csavarmenetet hataacuteroz meg akkor axiaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk
a
a
8
Peacuteldaacutek
C C
COOH
H
HOOC
HC
CH3
H H
H
HH3C
3 Planaacuteris kiralitaacutes Planaacuteris kiralitaacutest tartalmaz a molekulaacutenk ha kiralitaacutescentrumot vagy kiralitaacutestengelyt nem tudunk azonosiacutetani de adott egy siacutek melyben az atomcsoportok elhelyezkedeacutese alapjaacuten ki tudunk tuumlntetni egy koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyt tovaacutebbi ki tudjuk tuumlntetni a siacutek egyik oldalaacutet
Peacuteldaacutek
O O
COOH
Fe
CH3
COOH
4 Helikaacutelis kiralitaacutes Helikaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk ha molekulaacutenknak bdquoraacuteneacutezeacutesrerdquo is jellemző szerkezeti eleme egy csavarmenet
Peacutelda
9
Talaacuten hasznos kiemelni hogy a kategoacuteriaacutek koumlzoumltti hataacutervonal neacuteha elmosoacutedott Peacuteldaacutek
ndash axiaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute centraacuteliskeacutent is
H
H3C H
COOH
ndash helikaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
ndash planaacuterisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
H
H Toumlbb kiralitaacuteselemet tartalmazoacute molekulaacutek Amennyiben egy molekulaacuteban a fenti elemekből nem egy hanem n db talaacutelhatoacute aacuteltalaacutenossaacutegban 2n kiraacutelis sztereoizomer vaacuterhatoacute Ezek 2nndash1 enantiomer paacutert alkotnak az egyes paacuterok tagjai egymaacutessal diasztereomer viszonyban vannak Azokat a vegyuumlletpaacuterokat melyek pontosan egy kiralitaacuteselem konfiguraacutecioacutejaacuteban kuumlloumlnboumlznek epimereknek hiacutevjuk (ezt a fogalmat aacuteltalaacuteban csak kiralitaacutescentrumokat tartalmazoacute molekulaacutekra hasznaacuteljuk) Az aacuteltalaacutenos szabaacutelytoacutel elteacutereacutes adoacutedhat ha a molekula szimmetriaacuteja miatt bizonyos kiralitaacuteselemek ekvivalensek Ilyenkor az izomerek szaacutema kevesebb lehet illetve megjelenhetnek belső tuumlkoumlrsiacutekot tartalmazoacute eacutes ezeacutert akiraacutelis (mezo) izomerek A fentiekre peacuteldakeacutent aacutelljon itt a borkősav melyben keacutet ekvivalens kiralitaacutescentrum talaacutelhatoacute 3 lehetseacuteges izomere van egy enantiomer paacuter eacutes egy azzal diasztereomer viszonyban leacutevő mezoizomer
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
diasztereomerek
enantiomerek
C2-epimerek
mezo-borkősav
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
4
Fűreacuteszbak eacutes zegzugos aacutebraacutezolaacutes
H
H H
H
HH
CH3
CH3
H H
H H
Cl
Br
Fischer-projekcioacute A Fischer-projekcioacuteban toumlrteacutenő aacutebraacutezolaacutes eseteacuten a molekulaacutet a teacuterben uacutegy forgatjuk hogy a C-atom szubsztituensei bdquofeluumllrőlrdquo neacutezve biciklikormaacuteny alakban aacutelljanak majd bdquolefeleacuterdquo a siacutekba vetiacutetjuumlk A balra-jobbra aacutelloacute szubsztituensek a papiacuter siacutekjaacuteboacutel kiemelkednek a maacutesik kettő a papiacuter siacutekja moumlgeacute hajol Szemleacuteletes peacuteldakeacutent aacutelljon a tejsav
OH
C
H3C COOHH
C
OHH3C
COOHH
COOH
C
H
H3C
OH
CH3C OH
H
COOHCOOH
H
OHH3C
HIBAacuteS VETIacuteTEacuteS (mivel a balra-jobbra aacutelloacute szubsztituensek hajolnak a papiacuter siacutekja moumlgeacute)
C
HH3C
COOHHO
COOH
C
HO
H3C
H
5
A Fischer-projekcioacute tulajdonsaacutegai
COOH
CH3
HHO HOOC
OH
CH3
H
HOOC CH3
OH
H
1 csere
1 csere
(+)-tejsav
(+)-tejsav
(-)-tejsav
H3C COOH
OH
H
(-)-tejsav
90o
1 csere
Newman-projekcioacute
A molekulaacutet keacutet atomot (leggyakrabban szeacutenatomot) oumlsszekoumltő koumlteacutes iraacutenyaacuteboacutel szemleacuteljuumlk
H
H H
H
HH
H
H HH
HH
H
H H
H
H H
H
H
H
H
HH
nyitott
fedotilde
bull A koumlzelebbi atom a haacuterom szubsztituens koumlteacuteseacutenek metszeacutespontjaacuteban talaacutelhatoacute bull A taacutevolabbi atomot egy koumlr jelkeacutepezi bull A taacutevolabbi atomhoz kapcsoloacutedoacute atomok koumlteacutesei a koumlrhoumlz kapcsoloacutednak azt nem metszik eacutes
benne nem talaacutelkoznak
A fedő aacutellaacutest az egyik iraacutenyba kisseacute elfordiacutetva aacutebraacutezoljuk a taacutevolabbi szeacutenatom ligandumjainak laacutethatoacutesaacutega eacuterdekeacuteben
6
D A sztereoizomeacuteriaacuteroacutel aacuteltalaacuteban Kiraacutelis molekula olyan molekula mely tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem azonos (nem hozhatoacute fedeacutesbe) Akiraacutelis molekula nem kiraacutelis tehaacutet tuumlkoumlrkeacutepeacutevel azonos (fedeacutesbe hozhatoacute) molekula
Enantiomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
H
CNHO
RH
NC OH
R
Diasztereomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek NEM egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
Sztereoizomeacuteriaacutet toumlbbfeacutele jelenseacuteg okozhat
ndash Topologikus sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha a molekulaacutek koumlteacutesrendszereacutenek topoloacutegiaacuteja kuumlloumlnboumlzik Keveacutesbeacute preciacutezen ha minden koumlteacuteshossz koumlteacutesszoumlg tetszőleges vaacuteltozaacutesaacutet valamint baacutermely koumlteacutes koumlruumlli tetszőleges elfordulaacutest megengeduumlnk a koumlteacuteseket bdquogumiszalagoknakrdquo keacutepzeljuumlk akkor sem lehetseacuteges a keacutet izomert fedeacutesbe hozni
o Peacuteldaacutek molekulaacuteris csomoacutek molekulaacuteris Moumlbius-szalagok ndash Konfiguraacutecioacutes sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha az izomeacuteriaacutet ligandumoknak atomok vagy
kettős koumlteacutesek koumlruumlli kuumlloumlnboumlző relatiacutev elrendeződeacutese okozza o A konfiguraacutecioacute ennek megfelelően a ligandumoknak atomok vagy kettős koumlteacutesek
koumlruumlli relatiacutev teacuterbeli elhelyezkedeacutese A kuumlloumlnboumlző konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr nem alakulnak egymaacutesba tehaacutet kuumlloumlnboumlző izolaacutelhatoacute vegyuumlletek
ndash Konformaacutecioacutes sztereoizomerekről vagy egyszerűen rotamerekről beszeacuteluumlnk ha az izomerek
egyszeres koumlteacutesek koumlruumlli elforgataacutessal (avagy geometriai jellemzők kismeacuterteacutekű a konfiguraacutecioacutet nem eacuterintő torziacutetaacutesaacuteval) egymaacutesba vihetők
o A konformaacutecioacute ennek megfelelően az egyes koumlteacutesek koumlruumlli relatiacutev elhelyezkedeacutes A kuumlloumlnboumlző konformaacutecioacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr gyorsan egymaacutesba alakulhatnak nem izolaacutelhatoacutek iacutegy azonos vegyuumlletnek tekintjuumlk őket
o Konformernek a molekula lokaacutelis energiaminimumot jelentő rotamereit nevezzuumlk o Peacuteldaacutek butaacuten antiperiplanaacuteris eacutes gauche konformerei ciklohexaacuten szeacutek- eacutes kaacutedalkatuacute
rotamerei o A rotaacutecioacute gaacutetoltsaacutega miatt esetleg lehetőseacuteg nyiacutelhat a konformerek izolaacutelaacutesaacutera az
izolaacutelhatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomereket atroacutepizomereknek nevezzuumlk eacutes eacutertelemszerűen kuumlloumlnboumlző vegyuumlletnek tekintjuumlk
Bonyolultabb (sőt valoacutejaacuteban nem is olyan nagyon bonyolult molekulaacutek eseteacuten) a fent emliacutetett jelenseacutegek koumlzuumll egyszerre toumlbb is okolhatoacute keacutet izomer koumlzoumltti kuumlloumlnbseacutegekeacutert Mivel a kuumlloumlnboumlző konformerek aacuteltalaacuteban koumlnnyen egymaacutesba alakulhatnak ezeacutert
ndash a konformaacutecioacutes izomeacuteriaacutet legtoumlbbszoumlr csak azonos konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutekra vizsgaacuteljuk ndash a konfiguraacutecioacute vizsgaacutelatakor a lehetseacuteges konformaacutecioacutes kuumlloumlnbseacutegekkel nem foglalkozunk
7
E A kiralitaacutes eacutes fajtaacutei Szaacutemos esetben előfordul hogy a molekulaacutenkban levő atomok atomcsoportok egyeacutertelműen meghataacuteroznak egy az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute bdquocsavarmenetetrdquo (egyeacutertelműen ugyanazon szabaacutelyokat alkalmazva ugyanazon csoportok helyzete nem eacutertelmezhető az ellenteacutetes csavarmenettel) Egy ilyen szerkezeti elem tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem hozhatoacute fedeacutesbe tehaacutet kiraacutelissaacute teheti a molekulaacutet eacutes sztereoizomeacuteria felleacutepteacutehez vezethet
ndashφ
+φ
Tekintsuumlk aacutet hogy szerves molekulaacutekban jellemzően milyen szerkezeti elemeknek koumlszoumlnhetően jelennek meg bdquocsavarmenetekrdquo azaz milyen fajta szerkezeti reacuteszletek milyen sztereogeacuten elemek okozhatnak kiralitaacutest 1 Centraacutelis kiralitaacutes vagy aszimmetriacentrum
d
c
b
a
A neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandummal rendelkező tetraeacutederes atomok koumlruumlli ligandumelrendeződeacutes egyeacutertelműen meghataacuteroz egy csavarmenetet iacutegy kiralitaacutest eredmeacutenyez Peacutelda
COOH
H3COH
H
2 Axiaacutelis kiralitaacutes Ha a molekulaacutenkban nincs aszimmetriacentrum de adott egy tengely s koumlruumlloumltte talaacutelhatoacute egy paacuter nem egy siacutekban fekvő ligandum mely csavarmenetet hataacuteroz meg akkor axiaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk
a
a
8
Peacuteldaacutek
C C
COOH
H
HOOC
HC
CH3
H H
H
HH3C
3 Planaacuteris kiralitaacutes Planaacuteris kiralitaacutest tartalmaz a molekulaacutenk ha kiralitaacutescentrumot vagy kiralitaacutestengelyt nem tudunk azonosiacutetani de adott egy siacutek melyben az atomcsoportok elhelyezkedeacutese alapjaacuten ki tudunk tuumlntetni egy koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyt tovaacutebbi ki tudjuk tuumlntetni a siacutek egyik oldalaacutet
Peacuteldaacutek
O O
COOH
Fe
CH3
COOH
4 Helikaacutelis kiralitaacutes Helikaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk ha molekulaacutenknak bdquoraacuteneacutezeacutesrerdquo is jellemző szerkezeti eleme egy csavarmenet
Peacutelda
9
Talaacuten hasznos kiemelni hogy a kategoacuteriaacutek koumlzoumltti hataacutervonal neacuteha elmosoacutedott Peacuteldaacutek
ndash axiaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute centraacuteliskeacutent is
H
H3C H
COOH
ndash helikaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
ndash planaacuterisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
H
H Toumlbb kiralitaacuteselemet tartalmazoacute molekulaacutek Amennyiben egy molekulaacuteban a fenti elemekből nem egy hanem n db talaacutelhatoacute aacuteltalaacutenossaacutegban 2n kiraacutelis sztereoizomer vaacuterhatoacute Ezek 2nndash1 enantiomer paacutert alkotnak az egyes paacuterok tagjai egymaacutessal diasztereomer viszonyban vannak Azokat a vegyuumlletpaacuterokat melyek pontosan egy kiralitaacuteselem konfiguraacutecioacutejaacuteban kuumlloumlnboumlznek epimereknek hiacutevjuk (ezt a fogalmat aacuteltalaacuteban csak kiralitaacutescentrumokat tartalmazoacute molekulaacutekra hasznaacuteljuk) Az aacuteltalaacutenos szabaacutelytoacutel elteacutereacutes adoacutedhat ha a molekula szimmetriaacuteja miatt bizonyos kiralitaacuteselemek ekvivalensek Ilyenkor az izomerek szaacutema kevesebb lehet illetve megjelenhetnek belső tuumlkoumlrsiacutekot tartalmazoacute eacutes ezeacutert akiraacutelis (mezo) izomerek A fentiekre peacuteldakeacutent aacutelljon itt a borkősav melyben keacutet ekvivalens kiralitaacutescentrum talaacutelhatoacute 3 lehetseacuteges izomere van egy enantiomer paacuter eacutes egy azzal diasztereomer viszonyban leacutevő mezoizomer
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
diasztereomerek
enantiomerek
C2-epimerek
mezo-borkősav
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
5
A Fischer-projekcioacute tulajdonsaacutegai
COOH
CH3
HHO HOOC
OH
CH3
H
HOOC CH3
OH
H
1 csere
1 csere
(+)-tejsav
(+)-tejsav
(-)-tejsav
H3C COOH
OH
H
(-)-tejsav
90o
1 csere
Newman-projekcioacute
A molekulaacutet keacutet atomot (leggyakrabban szeacutenatomot) oumlsszekoumltő koumlteacutes iraacutenyaacuteboacutel szemleacuteljuumlk
H
H H
H
HH
H
H HH
HH
H
H H
H
H H
H
H
H
H
HH
nyitott
fedotilde
bull A koumlzelebbi atom a haacuterom szubsztituens koumlteacuteseacutenek metszeacutespontjaacuteban talaacutelhatoacute bull A taacutevolabbi atomot egy koumlr jelkeacutepezi bull A taacutevolabbi atomhoz kapcsoloacutedoacute atomok koumlteacutesei a koumlrhoumlz kapcsoloacutednak azt nem metszik eacutes
benne nem talaacutelkoznak
A fedő aacutellaacutest az egyik iraacutenyba kisseacute elfordiacutetva aacutebraacutezoljuk a taacutevolabbi szeacutenatom ligandumjainak laacutethatoacutesaacutega eacuterdekeacuteben
6
D A sztereoizomeacuteriaacuteroacutel aacuteltalaacuteban Kiraacutelis molekula olyan molekula mely tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem azonos (nem hozhatoacute fedeacutesbe) Akiraacutelis molekula nem kiraacutelis tehaacutet tuumlkoumlrkeacutepeacutevel azonos (fedeacutesbe hozhatoacute) molekula
Enantiomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
H
CNHO
RH
NC OH
R
Diasztereomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek NEM egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
Sztereoizomeacuteriaacutet toumlbbfeacutele jelenseacuteg okozhat
ndash Topologikus sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha a molekulaacutek koumlteacutesrendszereacutenek topoloacutegiaacuteja kuumlloumlnboumlzik Keveacutesbeacute preciacutezen ha minden koumlteacuteshossz koumlteacutesszoumlg tetszőleges vaacuteltozaacutesaacutet valamint baacutermely koumlteacutes koumlruumlli tetszőleges elfordulaacutest megengeduumlnk a koumlteacuteseket bdquogumiszalagoknakrdquo keacutepzeljuumlk akkor sem lehetseacuteges a keacutet izomert fedeacutesbe hozni
o Peacuteldaacutek molekulaacuteris csomoacutek molekulaacuteris Moumlbius-szalagok ndash Konfiguraacutecioacutes sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha az izomeacuteriaacutet ligandumoknak atomok vagy
kettős koumlteacutesek koumlruumlli kuumlloumlnboumlző relatiacutev elrendeződeacutese okozza o A konfiguraacutecioacute ennek megfelelően a ligandumoknak atomok vagy kettős koumlteacutesek
koumlruumlli relatiacutev teacuterbeli elhelyezkedeacutese A kuumlloumlnboumlző konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr nem alakulnak egymaacutesba tehaacutet kuumlloumlnboumlző izolaacutelhatoacute vegyuumlletek
ndash Konformaacutecioacutes sztereoizomerekről vagy egyszerűen rotamerekről beszeacuteluumlnk ha az izomerek
egyszeres koumlteacutesek koumlruumlli elforgataacutessal (avagy geometriai jellemzők kismeacuterteacutekű a konfiguraacutecioacutet nem eacuterintő torziacutetaacutesaacuteval) egymaacutesba vihetők
o A konformaacutecioacute ennek megfelelően az egyes koumlteacutesek koumlruumlli relatiacutev elhelyezkedeacutes A kuumlloumlnboumlző konformaacutecioacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr gyorsan egymaacutesba alakulhatnak nem izolaacutelhatoacutek iacutegy azonos vegyuumlletnek tekintjuumlk őket
o Konformernek a molekula lokaacutelis energiaminimumot jelentő rotamereit nevezzuumlk o Peacuteldaacutek butaacuten antiperiplanaacuteris eacutes gauche konformerei ciklohexaacuten szeacutek- eacutes kaacutedalkatuacute
rotamerei o A rotaacutecioacute gaacutetoltsaacutega miatt esetleg lehetőseacuteg nyiacutelhat a konformerek izolaacutelaacutesaacutera az
izolaacutelhatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomereket atroacutepizomereknek nevezzuumlk eacutes eacutertelemszerűen kuumlloumlnboumlző vegyuumlletnek tekintjuumlk
Bonyolultabb (sőt valoacutejaacuteban nem is olyan nagyon bonyolult molekulaacutek eseteacuten) a fent emliacutetett jelenseacutegek koumlzuumll egyszerre toumlbb is okolhatoacute keacutet izomer koumlzoumltti kuumlloumlnbseacutegekeacutert Mivel a kuumlloumlnboumlző konformerek aacuteltalaacuteban koumlnnyen egymaacutesba alakulhatnak ezeacutert
ndash a konformaacutecioacutes izomeacuteriaacutet legtoumlbbszoumlr csak azonos konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutekra vizsgaacuteljuk ndash a konfiguraacutecioacute vizsgaacutelatakor a lehetseacuteges konformaacutecioacutes kuumlloumlnbseacutegekkel nem foglalkozunk
7
E A kiralitaacutes eacutes fajtaacutei Szaacutemos esetben előfordul hogy a molekulaacutenkban levő atomok atomcsoportok egyeacutertelműen meghataacuteroznak egy az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute bdquocsavarmenetetrdquo (egyeacutertelműen ugyanazon szabaacutelyokat alkalmazva ugyanazon csoportok helyzete nem eacutertelmezhető az ellenteacutetes csavarmenettel) Egy ilyen szerkezeti elem tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem hozhatoacute fedeacutesbe tehaacutet kiraacutelissaacute teheti a molekulaacutet eacutes sztereoizomeacuteria felleacutepteacutehez vezethet
ndashφ
+φ
Tekintsuumlk aacutet hogy szerves molekulaacutekban jellemzően milyen szerkezeti elemeknek koumlszoumlnhetően jelennek meg bdquocsavarmenetekrdquo azaz milyen fajta szerkezeti reacuteszletek milyen sztereogeacuten elemek okozhatnak kiralitaacutest 1 Centraacutelis kiralitaacutes vagy aszimmetriacentrum
d
c
b
a
A neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandummal rendelkező tetraeacutederes atomok koumlruumlli ligandumelrendeződeacutes egyeacutertelműen meghataacuteroz egy csavarmenetet iacutegy kiralitaacutest eredmeacutenyez Peacutelda
COOH
H3COH
H
2 Axiaacutelis kiralitaacutes Ha a molekulaacutenkban nincs aszimmetriacentrum de adott egy tengely s koumlruumlloumltte talaacutelhatoacute egy paacuter nem egy siacutekban fekvő ligandum mely csavarmenetet hataacuteroz meg akkor axiaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk
a
a
8
Peacuteldaacutek
C C
COOH
H
HOOC
HC
CH3
H H
H
HH3C
3 Planaacuteris kiralitaacutes Planaacuteris kiralitaacutest tartalmaz a molekulaacutenk ha kiralitaacutescentrumot vagy kiralitaacutestengelyt nem tudunk azonosiacutetani de adott egy siacutek melyben az atomcsoportok elhelyezkedeacutese alapjaacuten ki tudunk tuumlntetni egy koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyt tovaacutebbi ki tudjuk tuumlntetni a siacutek egyik oldalaacutet
Peacuteldaacutek
O O
COOH
Fe
CH3
COOH
4 Helikaacutelis kiralitaacutes Helikaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk ha molekulaacutenknak bdquoraacuteneacutezeacutesrerdquo is jellemző szerkezeti eleme egy csavarmenet
Peacutelda
9
Talaacuten hasznos kiemelni hogy a kategoacuteriaacutek koumlzoumltti hataacutervonal neacuteha elmosoacutedott Peacuteldaacutek
ndash axiaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute centraacuteliskeacutent is
H
H3C H
COOH
ndash helikaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
ndash planaacuterisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
H
H Toumlbb kiralitaacuteselemet tartalmazoacute molekulaacutek Amennyiben egy molekulaacuteban a fenti elemekből nem egy hanem n db talaacutelhatoacute aacuteltalaacutenossaacutegban 2n kiraacutelis sztereoizomer vaacuterhatoacute Ezek 2nndash1 enantiomer paacutert alkotnak az egyes paacuterok tagjai egymaacutessal diasztereomer viszonyban vannak Azokat a vegyuumlletpaacuterokat melyek pontosan egy kiralitaacuteselem konfiguraacutecioacutejaacuteban kuumlloumlnboumlznek epimereknek hiacutevjuk (ezt a fogalmat aacuteltalaacuteban csak kiralitaacutescentrumokat tartalmazoacute molekulaacutekra hasznaacuteljuk) Az aacuteltalaacutenos szabaacutelytoacutel elteacutereacutes adoacutedhat ha a molekula szimmetriaacuteja miatt bizonyos kiralitaacuteselemek ekvivalensek Ilyenkor az izomerek szaacutema kevesebb lehet illetve megjelenhetnek belső tuumlkoumlrsiacutekot tartalmazoacute eacutes ezeacutert akiraacutelis (mezo) izomerek A fentiekre peacuteldakeacutent aacutelljon itt a borkősav melyben keacutet ekvivalens kiralitaacutescentrum talaacutelhatoacute 3 lehetseacuteges izomere van egy enantiomer paacuter eacutes egy azzal diasztereomer viszonyban leacutevő mezoizomer
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
diasztereomerek
enantiomerek
C2-epimerek
mezo-borkősav
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
6
D A sztereoizomeacuteriaacuteroacutel aacuteltalaacuteban Kiraacutelis molekula olyan molekula mely tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem azonos (nem hozhatoacute fedeacutesbe) Akiraacutelis molekula nem kiraacutelis tehaacutet tuumlkoumlrkeacutepeacutevel azonos (fedeacutesbe hozhatoacute) molekula
Enantiomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
H
CNHO
RH
NC OH
R
Diasztereomerek olyan kuumlloumlnboumlző (tehaacutet fedeacutesbe nem hozhatoacute) sztereoizomerek melyek NEM egymaacutes tuumlkoumlrkeacutepi paacuterjai
Sztereoizomeacuteriaacutet toumlbbfeacutele jelenseacuteg okozhat
ndash Topologikus sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha a molekulaacutek koumlteacutesrendszereacutenek topoloacutegiaacuteja kuumlloumlnboumlzik Keveacutesbeacute preciacutezen ha minden koumlteacuteshossz koumlteacutesszoumlg tetszőleges vaacuteltozaacutesaacutet valamint baacutermely koumlteacutes koumlruumlli tetszőleges elfordulaacutest megengeduumlnk a koumlteacuteseket bdquogumiszalagoknakrdquo keacutepzeljuumlk akkor sem lehetseacuteges a keacutet izomert fedeacutesbe hozni
o Peacuteldaacutek molekulaacuteris csomoacutek molekulaacuteris Moumlbius-szalagok ndash Konfiguraacutecioacutes sztereoizomerekről beszeacuteluumlnk ha az izomeacuteriaacutet ligandumoknak atomok vagy
kettős koumlteacutesek koumlruumlli kuumlloumlnboumlző relatiacutev elrendeződeacutese okozza o A konfiguraacutecioacute ennek megfelelően a ligandumoknak atomok vagy kettős koumlteacutesek
koumlruumlli relatiacutev teacuterbeli elhelyezkedeacutese A kuumlloumlnboumlző konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr nem alakulnak egymaacutesba tehaacutet kuumlloumlnboumlző izolaacutelhatoacute vegyuumlletek
ndash Konformaacutecioacutes sztereoizomerekről vagy egyszerűen rotamerekről beszeacuteluumlnk ha az izomerek
egyszeres koumlteacutesek koumlruumlli elforgataacutessal (avagy geometriai jellemzők kismeacuterteacutekű a konfiguraacutecioacutet nem eacuterintő torziacutetaacutesaacuteval) egymaacutesba vihetők
o A konformaacutecioacute ennek megfelelően az egyes koumlteacutesek koumlruumlli relatiacutev elhelyezkedeacutes A kuumlloumlnboumlző konformaacutecioacutek koumlzoumlnseacuteges koumlruumllmeacutenyek koumlzoumltt legtoumlbbszoumlr gyorsan egymaacutesba alakulhatnak nem izolaacutelhatoacutek iacutegy azonos vegyuumlletnek tekintjuumlk őket
o Konformernek a molekula lokaacutelis energiaminimumot jelentő rotamereit nevezzuumlk o Peacuteldaacutek butaacuten antiperiplanaacuteris eacutes gauche konformerei ciklohexaacuten szeacutek- eacutes kaacutedalkatuacute
rotamerei o A rotaacutecioacute gaacutetoltsaacutega miatt esetleg lehetőseacuteg nyiacutelhat a konformerek izolaacutelaacutesaacutera az
izolaacutelhatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomereket atroacutepizomereknek nevezzuumlk eacutes eacutertelemszerűen kuumlloumlnboumlző vegyuumlletnek tekintjuumlk
Bonyolultabb (sőt valoacutejaacuteban nem is olyan nagyon bonyolult molekulaacutek eseteacuten) a fent emliacutetett jelenseacutegek koumlzuumll egyszerre toumlbb is okolhatoacute keacutet izomer koumlzoumltti kuumlloumlnbseacutegekeacutert Mivel a kuumlloumlnboumlző konformerek aacuteltalaacuteban koumlnnyen egymaacutesba alakulhatnak ezeacutert
ndash a konformaacutecioacutes izomeacuteriaacutet legtoumlbbszoumlr csak azonos konfiguraacutecioacutejuacute molekulaacutekra vizsgaacuteljuk ndash a konfiguraacutecioacute vizsgaacutelatakor a lehetseacuteges konformaacutecioacutes kuumlloumlnbseacutegekkel nem foglalkozunk
7
E A kiralitaacutes eacutes fajtaacutei Szaacutemos esetben előfordul hogy a molekulaacutenkban levő atomok atomcsoportok egyeacutertelműen meghataacuteroznak egy az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute bdquocsavarmenetetrdquo (egyeacutertelműen ugyanazon szabaacutelyokat alkalmazva ugyanazon csoportok helyzete nem eacutertelmezhető az ellenteacutetes csavarmenettel) Egy ilyen szerkezeti elem tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem hozhatoacute fedeacutesbe tehaacutet kiraacutelissaacute teheti a molekulaacutet eacutes sztereoizomeacuteria felleacutepteacutehez vezethet
ndashφ
+φ
Tekintsuumlk aacutet hogy szerves molekulaacutekban jellemzően milyen szerkezeti elemeknek koumlszoumlnhetően jelennek meg bdquocsavarmenetekrdquo azaz milyen fajta szerkezeti reacuteszletek milyen sztereogeacuten elemek okozhatnak kiralitaacutest 1 Centraacutelis kiralitaacutes vagy aszimmetriacentrum
d
c
b
a
A neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandummal rendelkező tetraeacutederes atomok koumlruumlli ligandumelrendeződeacutes egyeacutertelműen meghataacuteroz egy csavarmenetet iacutegy kiralitaacutest eredmeacutenyez Peacutelda
COOH
H3COH
H
2 Axiaacutelis kiralitaacutes Ha a molekulaacutenkban nincs aszimmetriacentrum de adott egy tengely s koumlruumlloumltte talaacutelhatoacute egy paacuter nem egy siacutekban fekvő ligandum mely csavarmenetet hataacuteroz meg akkor axiaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk
a
a
8
Peacuteldaacutek
C C
COOH
H
HOOC
HC
CH3
H H
H
HH3C
3 Planaacuteris kiralitaacutes Planaacuteris kiralitaacutest tartalmaz a molekulaacutenk ha kiralitaacutescentrumot vagy kiralitaacutestengelyt nem tudunk azonosiacutetani de adott egy siacutek melyben az atomcsoportok elhelyezkedeacutese alapjaacuten ki tudunk tuumlntetni egy koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyt tovaacutebbi ki tudjuk tuumlntetni a siacutek egyik oldalaacutet
Peacuteldaacutek
O O
COOH
Fe
CH3
COOH
4 Helikaacutelis kiralitaacutes Helikaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk ha molekulaacutenknak bdquoraacuteneacutezeacutesrerdquo is jellemző szerkezeti eleme egy csavarmenet
Peacutelda
9
Talaacuten hasznos kiemelni hogy a kategoacuteriaacutek koumlzoumltti hataacutervonal neacuteha elmosoacutedott Peacuteldaacutek
ndash axiaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute centraacuteliskeacutent is
H
H3C H
COOH
ndash helikaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
ndash planaacuterisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
H
H Toumlbb kiralitaacuteselemet tartalmazoacute molekulaacutek Amennyiben egy molekulaacuteban a fenti elemekből nem egy hanem n db talaacutelhatoacute aacuteltalaacutenossaacutegban 2n kiraacutelis sztereoizomer vaacuterhatoacute Ezek 2nndash1 enantiomer paacutert alkotnak az egyes paacuterok tagjai egymaacutessal diasztereomer viszonyban vannak Azokat a vegyuumlletpaacuterokat melyek pontosan egy kiralitaacuteselem konfiguraacutecioacutejaacuteban kuumlloumlnboumlznek epimereknek hiacutevjuk (ezt a fogalmat aacuteltalaacuteban csak kiralitaacutescentrumokat tartalmazoacute molekulaacutekra hasznaacuteljuk) Az aacuteltalaacutenos szabaacutelytoacutel elteacutereacutes adoacutedhat ha a molekula szimmetriaacuteja miatt bizonyos kiralitaacuteselemek ekvivalensek Ilyenkor az izomerek szaacutema kevesebb lehet illetve megjelenhetnek belső tuumlkoumlrsiacutekot tartalmazoacute eacutes ezeacutert akiraacutelis (mezo) izomerek A fentiekre peacuteldakeacutent aacutelljon itt a borkősav melyben keacutet ekvivalens kiralitaacutescentrum talaacutelhatoacute 3 lehetseacuteges izomere van egy enantiomer paacuter eacutes egy azzal diasztereomer viszonyban leacutevő mezoizomer
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
diasztereomerek
enantiomerek
C2-epimerek
mezo-borkősav
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
7
E A kiralitaacutes eacutes fajtaacutei Szaacutemos esetben előfordul hogy a molekulaacutenkban levő atomok atomcsoportok egyeacutertelműen meghataacuteroznak egy az alaacutebbi aacutebraacuten laacutethatoacute bdquocsavarmenetetrdquo (egyeacutertelműen ugyanazon szabaacutelyokat alkalmazva ugyanazon csoportok helyzete nem eacutertelmezhető az ellenteacutetes csavarmenettel) Egy ilyen szerkezeti elem tuumlkoumlrkeacutepeacutevel nem hozhatoacute fedeacutesbe tehaacutet kiraacutelissaacute teheti a molekulaacutet eacutes sztereoizomeacuteria felleacutepteacutehez vezethet
ndashφ
+φ
Tekintsuumlk aacutet hogy szerves molekulaacutekban jellemzően milyen szerkezeti elemeknek koumlszoumlnhetően jelennek meg bdquocsavarmenetekrdquo azaz milyen fajta szerkezeti reacuteszletek milyen sztereogeacuten elemek okozhatnak kiralitaacutest 1 Centraacutelis kiralitaacutes vagy aszimmetriacentrum
d
c
b
a
A neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandummal rendelkező tetraeacutederes atomok koumlruumlli ligandumelrendeződeacutes egyeacutertelműen meghataacuteroz egy csavarmenetet iacutegy kiralitaacutest eredmeacutenyez Peacutelda
COOH
H3COH
H
2 Axiaacutelis kiralitaacutes Ha a molekulaacutenkban nincs aszimmetriacentrum de adott egy tengely s koumlruumlloumltte talaacutelhatoacute egy paacuter nem egy siacutekban fekvő ligandum mely csavarmenetet hataacuteroz meg akkor axiaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk
a
a
8
Peacuteldaacutek
C C
COOH
H
HOOC
HC
CH3
H H
H
HH3C
3 Planaacuteris kiralitaacutes Planaacuteris kiralitaacutest tartalmaz a molekulaacutenk ha kiralitaacutescentrumot vagy kiralitaacutestengelyt nem tudunk azonosiacutetani de adott egy siacutek melyben az atomcsoportok elhelyezkedeacutese alapjaacuten ki tudunk tuumlntetni egy koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyt tovaacutebbi ki tudjuk tuumlntetni a siacutek egyik oldalaacutet
Peacuteldaacutek
O O
COOH
Fe
CH3
COOH
4 Helikaacutelis kiralitaacutes Helikaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk ha molekulaacutenknak bdquoraacuteneacutezeacutesrerdquo is jellemző szerkezeti eleme egy csavarmenet
Peacutelda
9
Talaacuten hasznos kiemelni hogy a kategoacuteriaacutek koumlzoumltti hataacutervonal neacuteha elmosoacutedott Peacuteldaacutek
ndash axiaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute centraacuteliskeacutent is
H
H3C H
COOH
ndash helikaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
ndash planaacuterisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
H
H Toumlbb kiralitaacuteselemet tartalmazoacute molekulaacutek Amennyiben egy molekulaacuteban a fenti elemekből nem egy hanem n db talaacutelhatoacute aacuteltalaacutenossaacutegban 2n kiraacutelis sztereoizomer vaacuterhatoacute Ezek 2nndash1 enantiomer paacutert alkotnak az egyes paacuterok tagjai egymaacutessal diasztereomer viszonyban vannak Azokat a vegyuumlletpaacuterokat melyek pontosan egy kiralitaacuteselem konfiguraacutecioacutejaacuteban kuumlloumlnboumlznek epimereknek hiacutevjuk (ezt a fogalmat aacuteltalaacuteban csak kiralitaacutescentrumokat tartalmazoacute molekulaacutekra hasznaacuteljuk) Az aacuteltalaacutenos szabaacutelytoacutel elteacutereacutes adoacutedhat ha a molekula szimmetriaacuteja miatt bizonyos kiralitaacuteselemek ekvivalensek Ilyenkor az izomerek szaacutema kevesebb lehet illetve megjelenhetnek belső tuumlkoumlrsiacutekot tartalmazoacute eacutes ezeacutert akiraacutelis (mezo) izomerek A fentiekre peacuteldakeacutent aacutelljon itt a borkősav melyben keacutet ekvivalens kiralitaacutescentrum talaacutelhatoacute 3 lehetseacuteges izomere van egy enantiomer paacuter eacutes egy azzal diasztereomer viszonyban leacutevő mezoizomer
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
diasztereomerek
enantiomerek
C2-epimerek
mezo-borkősav
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
8
Peacuteldaacutek
C C
COOH
H
HOOC
HC
CH3
H H
H
HH3C
3 Planaacuteris kiralitaacutes Planaacuteris kiralitaacutest tartalmaz a molekulaacutenk ha kiralitaacutescentrumot vagy kiralitaacutestengelyt nem tudunk azonosiacutetani de adott egy siacutek melyben az atomcsoportok elhelyezkedeacutese alapjaacuten ki tudunk tuumlntetni egy koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyt tovaacutebbi ki tudjuk tuumlntetni a siacutek egyik oldalaacutet
Peacuteldaacutek
O O
COOH
Fe
CH3
COOH
4 Helikaacutelis kiralitaacutes Helikaacutelis kiralitaacutesroacutel beszeacuteluumlnk ha molekulaacutenknak bdquoraacuteneacutezeacutesrerdquo is jellemző szerkezeti eleme egy csavarmenet
Peacutelda
9
Talaacuten hasznos kiemelni hogy a kategoacuteriaacutek koumlzoumltti hataacutervonal neacuteha elmosoacutedott Peacuteldaacutek
ndash axiaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute centraacuteliskeacutent is
H
H3C H
COOH
ndash helikaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
ndash planaacuterisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
H
H Toumlbb kiralitaacuteselemet tartalmazoacute molekulaacutek Amennyiben egy molekulaacuteban a fenti elemekből nem egy hanem n db talaacutelhatoacute aacuteltalaacutenossaacutegban 2n kiraacutelis sztereoizomer vaacuterhatoacute Ezek 2nndash1 enantiomer paacutert alkotnak az egyes paacuterok tagjai egymaacutessal diasztereomer viszonyban vannak Azokat a vegyuumlletpaacuterokat melyek pontosan egy kiralitaacuteselem konfiguraacutecioacutejaacuteban kuumlloumlnboumlznek epimereknek hiacutevjuk (ezt a fogalmat aacuteltalaacuteban csak kiralitaacutescentrumokat tartalmazoacute molekulaacutekra hasznaacuteljuk) Az aacuteltalaacutenos szabaacutelytoacutel elteacutereacutes adoacutedhat ha a molekula szimmetriaacuteja miatt bizonyos kiralitaacuteselemek ekvivalensek Ilyenkor az izomerek szaacutema kevesebb lehet illetve megjelenhetnek belső tuumlkoumlrsiacutekot tartalmazoacute eacutes ezeacutert akiraacutelis (mezo) izomerek A fentiekre peacuteldakeacutent aacutelljon itt a borkősav melyben keacutet ekvivalens kiralitaacutescentrum talaacutelhatoacute 3 lehetseacuteges izomere van egy enantiomer paacuter eacutes egy azzal diasztereomer viszonyban leacutevő mezoizomer
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
diasztereomerek
enantiomerek
C2-epimerek
mezo-borkősav
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
9
Talaacuten hasznos kiemelni hogy a kategoacuteriaacutek koumlzoumltti hataacutervonal neacuteha elmosoacutedott Peacuteldaacutek
ndash axiaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute centraacuteliskeacutent is
H
H3C H
COOH
ndash helikaacutelisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
ndash planaacuterisnak nevezzuumlk de azonosiacutethatoacute axiaacuteliskeacutent is
H
H Toumlbb kiralitaacuteselemet tartalmazoacute molekulaacutek Amennyiben egy molekulaacuteban a fenti elemekből nem egy hanem n db talaacutelhatoacute aacuteltalaacutenossaacutegban 2n kiraacutelis sztereoizomer vaacuterhatoacute Ezek 2nndash1 enantiomer paacutert alkotnak az egyes paacuterok tagjai egymaacutessal diasztereomer viszonyban vannak Azokat a vegyuumlletpaacuterokat melyek pontosan egy kiralitaacuteselem konfiguraacutecioacutejaacuteban kuumlloumlnboumlznek epimereknek hiacutevjuk (ezt a fogalmat aacuteltalaacuteban csak kiralitaacutescentrumokat tartalmazoacute molekulaacutekra hasznaacuteljuk) Az aacuteltalaacutenos szabaacutelytoacutel elteacutereacutes adoacutedhat ha a molekula szimmetriaacuteja miatt bizonyos kiralitaacuteselemek ekvivalensek Ilyenkor az izomerek szaacutema kevesebb lehet illetve megjelenhetnek belső tuumlkoumlrsiacutekot tartalmazoacute eacutes ezeacutert akiraacutelis (mezo) izomerek A fentiekre peacuteldakeacutent aacutelljon itt a borkősav melyben keacutet ekvivalens kiralitaacutescentrum talaacutelhatoacute 3 lehetseacuteges izomere van egy enantiomer paacuter eacutes egy azzal diasztereomer viszonyban leacutevő mezoizomer
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
COOH
OHH
COOH
OHH
COOH
HHO
diasztereomerek
enantiomerek
C2-epimerek
mezo-borkősav
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
10
F Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria Cisztransz (szinanti EZ geometriai) izomeacuteria leacutep fel ha a molekulaacutenkban keacutet ligandum elhelyezkedhet egy (keacutepzeletbeli) siacutek azonos vagy kuumlloumlnboumlző oldalain Ily moacutedon diasztereomereket kapunk
a
a
a a
Peacuteldaacutek
Amennyiben a keacutet szoacuteban forgoacute atomcsoporthoz keacutepest a keacutepzeletbeli siacuteknak orientaacutecioacute adhatoacute akkor a transz vegyuumllet kiraacutelis lehet
a
a
Peacutelda
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
11
G Konformaacutecioacutes izomeacuteria
G1 Alapfogalmak
Pitzer-feszuumlltseacuteg a fedő aacutellaacutesuacute σ-koumlteacutesek koumllcsoumlnoumls teacuterigeacutenyeacuteből eredő feszuumlltseacuteg (az etaacuten fedő ndash nyiacutelt rotamerei) Prelog-feszuumlltseacuteg a szubsztituensek teacuterigeacutenyeacuteből adoacutedoacute feszuumlltseacuteg (butaacuten gauche ndash anti rotamerei) Baeyer-feszuumlltseacuteg a gyűrűs vegyuumlletekneacutel a tetraeacutederes koumlteacutesszoumlgtől valoacute elteacutereacutes miatti feszuumlltseacuteg (ciklobutaacuten) A rotamerekneacutel hasznaacutelt kifejezeacutesek eacutes jelenteacutesuumlk (az uacuten KlynendashPrelog-rendszer)
CH3CH3szin
antiklinaacutelis
periplanaacuteris
periplanaacuteris
60deg
CH3
+ ndashklinaacutelis
Az etaacuten rotamereinek energiaviszonyai
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
Dieacutederes szoumlg (θ)
nyitott nyitott nyitott
fedő fedő fedő
Fedő
nyitott aacutellaacutes
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
12
A butaacuten rotamereinek nevezeacutektana
A butaacutenrotamerek energiaviszonyai
szinperiplanaacuteris szinperiplanaacuteris
antiklinaacutelis antiklinaacutelis
antiperiplanaacuteris
szinklinaacutelis (gauche)
szinklinaacutelis (gauche)
Dieacutederes szoumlg (θ)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
enantiomerek
enantiomerek
MendashMe dieacutederes szoumlg
fedő fedő fedő nyitott nyitott nyitott sp +sc
(gauche) +ac ap
ndashac ndashsc
(gauche)
Newman-projekcioacute
Perspektivikus aacutebraacutezolaacutes
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
13
A ciklohexaacuten rotamereinek energiaviszonyai
G2 Szeacutekkonformaacutecioacutejuacute ciklohexaacuten rajzolaacutesa
A legkoumlnnyebben uacutegy jaacuterhatunk el hogy a rajzolaacutest a ciklohexaacuten szeacutekkonformaacutecioacutejaacutenak egyik veacutegeacuteneacutel kezdjuumlk (1) Ehhez a reacuteszhez rajzolunk keacutet paacuterhuzamos egyenlő hosszuacutesaacuteguacute vonalat (2) Ezeket a vonalakat uacutegy rajzoljuk hogy az uacutejonnan huacutezott vonal felső veacutege egy vonalban legyen a vaacutez veacutegeacuten leacutevő csuacutecsponttal (3) Veacuteguumll az utolsoacute keacutet vonalat kell uacutegy elhelyeznuumlnk hogy ezek paacuterhuzamosak legyenek az első vonalakkal (4) valamint az alsoacute pontok egy vonalban legyenek (5) Ezzel elkeacuteszuumlltuumlnk az alapvaacutezzal most a szubsztituenseket kell elhelyeznuumlnk Azt kell szem előtt tartanunk hogy a szeacutenatomok koumlruumll a ligandumok tetraeacutederesen helyezkednek el (megj ne hasznaacuteljuk a sztereokeacutemiaacuteban megszokott vastagiacutetott eacutes szaggatott vonalakat csak akkor ha felteacutetlenuumll szuumlkseacutegesek) Előszoumlr helyezzuumlk el az axiaacutelis teacuteraacutellaacutesuacute csoportokat Mindegyik axiaacutelis csoport fuumlggőlegesen helyezkedik el a gyűrű siacutekja felett illetve alatt (6) Az ekvatoriaacutelis szubsztituensek rajzolaacutesaacutenaacutel arra kell uumlgyelnuumlnk hogy azok paacuterhuzamosak az alapvaacutez megfelelő CndashC koumlteacuteseacutevel (7 az aacutebraacuten minden vastagiacutetott vonal paacuterhuzamos) Az ekvatoriaacutelis poziacutecioacutek szemleacuteletesen W eacutes M alakban helyezkednek el (8) Ha iacutegy elhelyeztuumlk a szubsztituenseket akkor elkeacuteszuumlltuumlnk a szeacutekalkatuacute konformer aacutebraacutezolaacutesaacuteval (9)
Relatiacutev energia
(kJ molndash1)
szeacutek A szeacutek B
feacutelszeacutek feacutelszeacutek
csavart kaacuted csavart kaacuted
kaacuted
reakcioacutekoordinaacuteta
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
14
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(9)
(8)
paacuterhuzamos vonalak
paacuterhuzamos vonalak
A ciklohexaacutenvaacutez rajzolaacutesa koumlzben előforduloacute tiacutepushibaacutek a koumlvetkezők (azaz hogyan ne rajzoljuk ezen szerkezeteket) Ha az alapvaacutez koumlzeacutepső reacutesze viacutezszintes azaz a vaacutez alsoacute pontjai nem esnek egy vonalba akkor az axiaacutelis csoportok sem fuumlggőlegesek (10) Az alapvaacutezban a legalsoacute pontok egy vonalban helyezkednek el az axiaacutelis csoportok fuumlggőleges helyezkednek el de rossz poziacutecioacuteban mutatnak felvaacuteltva fel eacutes le (11) Az ekvatoriaacutelis csoportok rossz szoumlgben vannak elhelyezve a gyűrűn nem paacuterhuzamosak nem M eacutes W alakban aacutellnak (12)
(10) (11) (12)
helytelen
helyes
A szeacutek- eacutes a kaacutedrotamerek Newman-projekcioacuteban aacutebraacutezolva
A ciklohexaacuten rotamereinek egymaacutesba alakulaacutesa
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
kaacuted
szeacutek feacutelszeacutek csavartkaacuted
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
15
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok
X
X
ekvatoriaacutelis axiaacutelis
Szubsztituaacutelt ciklohexaacutenok Newman-projekcioacuteban
H
HH
HH
HX
HH
HH
HH
XH
H
X
X
Diaxiaacutelis koumllcsoumlnhataacutes
XHH
G3 Kettős koumlteacutest tartalmazoacute ciklohexaacutenszaacutermazeacutekok teacuterszerkezete
Gyűrűben leacutevő kettős koumlteacutes feacutelszeacutek v csavart konformaacutecioacute
H
H
H
H
H
H H
H
pszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
axiaacutelis
ekvatoriaacutelispszeudoaxiaacutelis
pszeudoekvatoriaacutelis
ekvatoriaacutelis
axiaacutelis
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H H
Hgyűrűinverzioacute
A ciklohexaacuten epoxidjaacutenak szerkezete is analoacuteg
O
Gyűrűn kiacutevuumlli kettős koumlteacutes
helyes helytelen
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
16
G4 Gaacutetolt rotaacutecioacute miatt elvaacutelaszthatoacute konformaacutecioacutes sztereoizomerek (atroacutepizomerek)
o Bifenilek binaftilok ezek toumlbbszoumlroumlzoumltt vagy aacutethidalt vaacuteltozatai
NO2
CH3
CH3
O2N
Br OH
HO Br
BrBr
O
HO OH
o Molekulaacuteris propellerek
C
H
X
Z
Y
o Kapcsoloacute vagy fogaskereacutekszerű molekulaacutek
H
H3C
H3C H3C
H
H3C
o Ciklofaacutenok
O O
COOH
o Transz-cikloalkeacutenek
H
H
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
17
G5 Koumlteacutesrendszer geometriai torzulaacutesa miatt felleacutepő sztereoizomeacuteria
o Heliceacutenek
H Konfiguraacutecioacutes izomeacuteria H1 Olefinek eacutes gyűrűk izomeacuteriaacuteja
bull Olefinek geometriai (E-Z cisz-transz) izomeacuteriaacuteja (nevezeacutektant laacutesd a CIP-konvencioacutenaacutel)
Z (zusammen) E (entgegen)
bull Diszubsztituaacutelt gyűrűs vegyuumlletek
transz
(2 konfiguraacutecioacutes enantiomer)
cisz
transz
cisz
12-diszubsztituaacutelt
vagy
vagy
(2 konformaacutecioacutes enantiomer)
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
18
transz
cisz
13-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
(+maacutesik konfiguraacutecioacutesenantiomer)
transz
cisz
14-diszubsztituaacutelt
vagy
(2 konformaacutecioacutes diasztereomer)
bull Kondenzaacutelt gyűrűs szubsztituaacutelatlan bicikloalkaacutenok
H
H
H
H
t ransz-dekalin cisz-dekalin
H2 Kiralitaacutes
bull Centraacutelis kiralitaacutes az aszimmetriacentrumok vagy kiralitaacutescentrumok leggyakrabban olyan
atomok amelyek koumlruumll legalaacutebb neacutegy kuumlloumlnboumlző ligandum talaacutelhatoacute (a nemkoumltő elektronpaacuter is ligandumnak szaacutemiacutet)
o Vegyuumlletek kiraacutelis szeacutenatommal CH3
HO DH
o Vegyuumlletek neacutegy vegyeacuterteacutekű egyeacuteb kiraacutelis atommal
O
N
o Vegyuumlletek haacuterom vegyeacuterteacutekű kiraacutelis atommal (megjegyzeacutes a N ilyen tiacutepusuacute
vegyuumlleteinek enantiomerei aacuteltalaacuteban igen koumlnnyen egymaacutesba alakulnak nem izolaacutelhatoacutek)
AsPh Me
Et
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
19
bull Axiaacutelis kiralitaacutes o Alleacutenek kumuleacutenek
a
bb
a
COOH
H
HOOC
H
b
a
nb
a
n paacuteros o Alkilideacuten-cikloalkaacutenok
H
HHOOC
o Spiraacutenok
H
H3C H
COOH
bull Planaacuteris kiralitaacutes o Ferroceacutenszaacutermazeacutekok
Fe
CH3
COOH
I Kiraacutelis vegyuumlletek tulajdonsaacutegai jellemzeacutese I1 Optikai aktivitaacutes
A kiraacutelis molekulaacutek a lineaacuterisan polaacuterozott feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekjaacutet elforgatjaacutek Ezt az alaacutebbi kiacuteseacuterleti elrendezeacutessel lehet kimutatni eacutes megmeacuterni
Az aacutebraacuten a stilizaacutelt gyertyaacuteval jelzett feacutenyforraacutes polarizaacutelatlan feacutenyeacutet az 1 polaacuterszűrőn (az uacuten polarizaacutetoron) vezetjuumlk aacutet mely csak a fuumlggőleges iraacutenyban polarizaacutelt feacutenyt engedi aacutet (a feacuteny polarizaacutecioacutes iraacutenyaacutet vagyis az elektromos teacutererősseacuteg iraacutenyaacutet szemleacuteltetik a nyilak) A mintaacuten aacutethaladt feacuteny polarizaacutecioacutes siacutekja a fuumlggőlegeshez keacutepest elfordul ezt a 2 polaacuterszűrővel (az uacuten analizaacutetorral) tudjuk eacuteszlelni miacuteg optikailag aktiacutev minta hiaacutenyaacuteban a 3 laacutetoacutemező az analizaacutetor fuumlggőleges aacutellaacutesa mellett a legfeacutenyesebb addig optikailag aktiacutev minta behelyezeacutese utaacuten az analizaacutetort el kell forgatni hogy a maximaacutelis intenzitaacutest laacutessuk Az elforgataacutes α szoumlge az optikai aktivitaacutes meacuterteacuteke Ez a szoumlg araacutenyos a feacutenynek a mintaacuteban megtett uacutethosszaacuteval eacutes (oldatmeacutereacutes eseteacuten) a koncentraacutecioacuteval (hasonloacutean
az abszorbanciaacutera vonatkozoacute LambertndashBeer-toumlrveacutenyhez) Keacutepletben [ ]cl
αα = ahol [α] a fajlagos
molaacuteris forgatoacutekeacutepesseacuteg degcm3(gmiddotdm) c a koncentraacutecioacute gcm3 l a kuumlvetta hossza dm A fajlagos forgatoacutekeacutepesseacuteg a kiacuteseacuterleti elrendezeacutestől maacuter nem fuumlggő reprodukaacutelhatoacute mennyiseacuteg mely azonban a vizsgaacutelt minta anyagi minőseacutegeacuten tuacutel az oldoacuteszertől a hőmeacuterseacuteklettől eacutes a feacuteny hullaacutemhosszaacutetoacutel is fuumlgg
1 2 3
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
20
I2 Enantiomerek szeacutetvaacutelasztaacutesa
Raceacutem elegy olyan rendszer amelyben az enantiomerek araacutenya 11 Rezolvaacutelaacutes a raceacutem elegy szeacutetvaacutelasztaacutesa tiszta enantiomerekre Ez toumlbbfeacutelekeacuteppen toumlrteacutenhet mindegyiknek a leacutenyege valamilyen kiraacutelis koumlrnyezet biztosiacutetaacutesa hogy diasztereomerkeacutepzeacutes aacuteltal a fizikai tulajdonsaacutegok kuumlloumlnboumlzőek legyenek
bull egy enantiotiszta anyaggal soacutet vagy vegyuumlletet keacutepezuumlnk mindkeacutet enantiomerből majd az iacutegy keacutepződoumltt diasztereomereket szeacutetvaacutelasztjuk
bull enzimet alkalmazva szelektiacuteven aacutetalakiacutetjuk az egyik enantiomeruumlnket (enzimatikus rezolvaacutelaacutes)
bull uacuten kiraacutelis kromatograacutefiaacutes eljaacuteraacutesokkal I3 Az kiraacutelis vegyuumlleteket tartalmazoacute elegyek tisztasaacutegaacutenak jellemzeacutese
bull Optikai tisztasaacuteg (optical purity) op = [α]elegy[α]tisztamiddot100
bull Enantiomerdiasztereomer araacuteny (enantiomericdiastereomeric ratio) er =[S][R] dr = [diasztereomer1][diasztereomer2]
bull Enantiomerdiasztereomer felesleg (enantiomericdiastereomeric excess) ee = ([R] ndash [S])([R] + [S])middot100 de = ([diasztereomer1] ndash [diasztereomer2])([diasztereomer1] + [diasztereomer2])middot100
I4 Konfiguraacutecioacute megadaacutesa
D ndash L rendszer (a D eacutes L is abszoluacutet konfiguraacutecioacutet jeloumll Bijvoet oacuteta)
(felfeleacute a legoxidaacuteltabb laacutencveacuteg lefeleacute a leghosszabb laacutenc jobbra-balra funkcioacutes csoport illetve hidrogeacuten legyen toumlbb kiralitaacutescentrum eseteacuten a DndashL rendszer ebben az aacutebraacutezolaacutesban legalulra keruumllő kiraacutelis szeacutenatom konfiguraacutecioacutejaacutet adja meg)
Cox
FuH
Cox
HFu
R RD L
R ndash S rendszer azaz CIP-konvencioacute
A jeloumlleacutes leacutenyege hogy az aszimmetriacentrumhoz fűződő atomoknak illetve atomcsoportoknak adott szabaacutelyok szerint megaacutellapiacutetjuk a sorrendjeacutet majd a teacuterszerkezetet illetve annak modelljeacutet a sorrendben utolsoacute helyen aacutelloacute atommal vagy atomcsoporttal ellenkező oldalroacutel szemleacutelve meghataacuterozzuk a haacuterom előző helyen aacutelloacute atom vagy atomcsoport sorrendszerinti koumlruumlljaacuteraacutesaacutenak iraacutenyaacutet Az oacuteRamutatoacute jaacuteraacutesaacuteval azonos sorrendiraacuteny jelzeacutese R (rectus) az ellenteacuteteSeacute pedig S (sinister)
2
4
13
R
2
4
31
S Az abszoluacutet konfiguraacutecioacute meghataacuterozaacutesaacutet is megkoumlnnyiacuteti a Fischer-projekcioacutes aacutebraacutezolaacutes (1) a CIP konvencioacute szerint besorszaacutemozzuk a kapcsoloacutedoacute atomokat illetve atomcsoportokat (2) paacuteros szaacutemuacute ligandumcsereacutevel az alsoacute vagy felső helyzetbe hozzuk a legnagyobb sorszaacutemuacute atomot vagy atomcsoportot (3) megaacutellapiacutetjuk az 1ndash3 szaacutemok koumlruumlljaacuteraacutesi iraacutenyaacutet
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
21
2
4
31
2
4
13
R S A ligandumok rangsorolaacutesaacutenak szabaacutelyai a CahnndashIngoldndashPrelog-konvencioacute (tovaacutebbiakban CIP maacutes helyeken CIP) alapjaacuten a koumlvetkezők (a szabaacutelyokat egymaacutes utaacuten kell alkalmazni tehaacutet a n-edik szabaacutely akkor eacutes azon ligandumpaacuterok eseteacuten leacutep eacuteletbe ahol az 1nndash1 szabaacutelyok alapjaacuten nem sikeruumllt doumlnteacutest hozni)
1 A nagyobb rendszaacutemuacute atom megelőzi a rangsorban a kisebb rendszaacutemuacutet O gt N gt C gt H
2
1
43
R
Br
Cl
HCH3
1
2 43 3 2
1
2 Izotoacutepoknaacutel a nagyobb toumlmegszaacutemuacute atom a rangsorban megelőzi a kisebb toumlmegszaacutemuacutet
3H gt 2H gt 1H
2
1
43
R
OH
CH3
DH
1
2
34
3 Ha az aszimmetriacentrum koumlruumll azonos atomokat talaacutelunk akkor az elsőbbseacuteget a laacutencon
tovaacutebbhaladva az első kuumlloumlnbseacuteg alapjaacuten aacutellapiacutetjuk meg CCCC gt CCCH gt CCHH gtCHHH
COOO gt COOC gt COCC gtCCCC
2
1
43
R
O
O
Cl
2
4 13
2
3
41
S
CH3
H
3
4
21
OCH3H3CO
4 Ha egy atom toumlbbszoumlroumls (kettős haacutermas) koumlteacutessel kapcsoloacutedik egy maacutesikhoz akkor uacutegy
tekintjuumlk mintha annyi peacuteldaacutenyban kapcsoloacutednak egyszeres koumlteacutessel mint haacuteny szoros a koumlteacutes A bdquotoumlbbszoumlroumlzeacutestrdquo a toumlbbszoumlroumls koumlteacutes mindkeacutet oldalaacuten elveacutegezzuumlk a toumlbbszoumlroumlzeacuteshez felhasznaacutelt bdquouacutejrdquo atomokat egy (a kapcsoloacutedaacuteshoz felhasznaacutelt) vegyeacuterteacutekkel vesszuumlk figyelembe
CN
CN
N0
N0
C0
C0
2 3
1 4
3
1
42
S
HO H
5 A magaacutenyos elektronpaacuter nulla rendszaacutemmal szerepel tehaacutet a legkisebb ranguacute ligandum A
megkeacutetszerezett atomok az 4 szabaacutely eacutertelmeacuteben nagyobb ranguacuteak mint az elektronpaacuter
2
1
43
R
PH3C Ph
4
3 12
6 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a geometriai izomeacuteria doumlnt eacutes Z magasabb rendű
mint E 7 Ha maacutes kuumlloumlnbseacuteg nincs a rangsorolaacutesban a kiralitaacutes doumlnt eacutes R magasabb rendű mint S
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
22
A leggyakoribb ligandumok noumlvekvő rangban
1 Hidrogeacuten 20 Izopropenil 39 Metoxikarbonil 58 Metoxi 2 Metil 21 Acetilenil 40 Etoxikarbonil 59 Etoxi 3 Etil 22 Fenil 41 BnOkarbonil 60 Benziloxi
4 n-Propil 23 p-Tolil 42 terc-Butoxikarbonil 61 Fenoxi
5 n-Butil 24 p-Nitrofenil 43 Amino(NH2) 62 Glikoziloxi
6 n-Pentil 25 m-Tolil 44 Ammoacutenio(NH3+) 63 Formiloxi
7 n-Hexil 26 35-Xilil 45 Metilamino 64 Acetoxi 8 Izopentil 27 m-Nitrofenil 46 Etilamino 65 Benzoiloxi 9 Izobutil 28 25-Dinitrofenil 47 Fenilamino 66 Metilszulfiniloxi 10 Allil 29 2-Propinil 48 Acetilamino 67 Metilszulfoniloxi 11 Neopentil 30 o-Tolil 49 Benzoilamino 68 Fluor 12 2-Propinil 31 26-Xilil 50 BnOCOamino 69 Merkapto(HSndash) 13 Benzil 32 Tritil 51 Dimetilamino 70 Metiltio(MeSndash) 14 Izopropil 33 o-Nitrofenil 52 Dietilamino 71 Metilszulfinil 15 Vinil 34 24-Dinitrofenil 53 Trimetilamino 72 Metilszulfonil
16 szek-Butil 35 Formil 54 Fenilazo 73 Szulfo(HO3Sndash) 17 Ciklohexil 36 Acetil 55 Nitrozo 74 Kloacuter 18 1-Propenil 37 Benzoil 56 Nitro 75 Broacutem 19 terc-Butil 38 Karboxi 57 Hidroxil (OH) 76 Joacuted
Ha a molekulaacuteban toumlbb aszimmetriacentrum van mindegyiknek meg kell adnunk a konfiguraacutecioacutejaacutet a fenti szabaacutelyok szerint Z-E nevezeacutektan CIP szerint
12 1
2Z (zusammen) E (entgegen)
1
2
2
1
Konformaacutecioacutes vaacuteltozaacutes
Konfiguraacutecioacutes vaacuteltozaacutes
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
23
Alapfogalmak A Lewis-feacutele keacutepletiacuteraacutes szabaacutelyai
1 megszaacutemoljuk a vegyeacuterteacutekelektronokat 2 a kapcsoloacutedoacute atomok koumlzeacute egyszeres koumlteacuteseket rajzolunk 3 a maradeacutek elektronokboacutel nemkoumltő elektronpaacuterokat eacutesvagy π-koumlteacuteseket definiaacutelunk (amennyi
kitelik eacutes ahova lehetseacuteges) 4 ha marad egy paacuterosiacutetatlan elektron azt is elhelyezzuumlk valamely atomra nemkoumltő elektronkeacutent 5 megaacutellapiacutetjuk az atomokon a formaacutelis toumllteacuteseket megszaacutemoljuk az atomon levő elektronok
szaacutemaacutet a nemkoumltő elektronokat egeacutesznek a koumlteacutesben reacutesztvevőket feacutelnek szaacutemolva majd megneacutezzuumlk hogy ez mennyivel toumlbb vagy kevesebb a semleges atom vegyeacuterteacutekelektronjainak szaacutemaacutenaacutel Ha kevesebb akkor pozitiacutev ha toumlbb akkor negatiacutev az adott atom formaacutelis toumllteacutese
Megjegyzeacutes Az alkotoacute atomok vegyeacuterteacutekheacutejaacuteban maximum annyi elektron lehet amennyit az atom perioacutedusos rendszerben elfoglalt helye megenged (nem lehet peacuteldaacuteul oumlt vegyeacuterteacutekű a szeacuten nitrogeacuten) Hataacuterszerkezetek Vannak esetek amikor egy molekulaacutera a fenti szabaacutelyok alapjaacuten toumlbbfeacutele szerkezet is felrajzolhatoacute ezeket hataacuterszerkezeteknek nevezzuumlk Kuumlloumln-kuumlloumln ezek egyike sem felel meg az aacutebraacutezolt molekula valoacutes szerkezeteacutenek csak a megfelelően suacutelyozott eredőjuumlk ad joacute leiacuteraacutest Az egyes hataacuterszerkezetek egyetlenegy molekulaacutet mutatnak be nem jelentenek egymaacutesba aacutetalakuloacute egymaacutessal egyensuacutelyban leacutevő szerkezetű molekulaacutek alkotta kevereacuteket A hataacuterszerkezetek iacuteraacutesaacuteval kapcsolatos szabaacutelyok (rezonancia-szabaacutelyok)
1 A hataacuterszerkezetekben a π-koumlteacutesekben levő eacutes nemkoumltő elektronok oumlsszes szaacutemaacutenak meg kell egyeznie
2 Az előző pontban emliacutetett elektronok kuumlloumlnboumlző lokalizaacutecioacuteja mindig ugyanazon eacutes a valoacutesaacutegos geometriaacutenak megfelelő σ-vaacutezon keacutepzelhető el Tehaacutet a hataacuterszerkezetek geometriaacuteja nem kuumlloumlnboumlzhet egymaacutestoacutel A hataacuterszerkezetek levezeteacutesekor az elektronok aacutethelyezeacutese nem eacuterinti az atommagok relatiacutev helyzeteacutet
3 Elmeacuteletileg minden olyan hataacuterszerkezet feliacuterhatoacute amely eleget tesz a fenti szempontoknak Ezeket azonban nem egyforma suacutellyal kell figyelembe venni a molekula teacutenyleges elektroneloszlaacutesaacutenak leiacuteraacutesaacuteban
a A formaacutelis toumllteacuteseket tartalmazoacute szerkezetek koumlzuumll azok a stabilabbak melyekben a negatiacutev toumllteacutesek az elektronegatiacutevabb a pozitiacutev toumllteacutesek a keveacutesbeacute elektronegatiacutev atomokon vannak
b Egyre valoacutesziacutenűtlenebbek azok a hataacuterszerkezetek amelyekben az izolaacutelt toumllteacutespaacuterok szaacutema egyre nagyobb
c Kuumlloumlnoumlsen valoacutesziacutenűtlenek azok a hataacuterszerkezetek melyekben azonos toumllteacutesek egymaacuteshoz koumlzel helyezkednek el
d Ha maacutes teacutenyezők azonosak akkor azok a hataacuterszerkezetek szerepelnek nagyobb suacutellyal melyek toumlbb lokalizaacutelt π-koumlteacutest tuumlntetnek fel (izovalens hataacuterszerkezetek azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek heterovalens hataacuterszerkezetek nem azonos szaacutemuacute π-koumlteacutest tartalmazoacute hataacuterszerkezetek)
4 Ha toumlbb nem egyforma energiaacutejuacute hataacuterszerkezet iacuterhatoacute fel akkor a valoacutesaacutegos elektronszerkezet legjobban a legkisebb energiaacutejuacute hataacuterszerkezet elektroneloszlaacutesaacutera fog hasonliacutetani (pl 13-butadieacuten)
5 Ha a legkisebb energiaacutehoz toumlbb hataacuterszerkezet is feliacuterhatoacute (pl szimmetria miatt) akkor a molekula elektroneloszlaacutesa ezek egyikeacutehez sem hasonliacutet igazaacuten hanem azonos suacutelyuacute kevereacutekuumlkkeacutent adoacutedoacute szimmetrikus szerkezetű lesz (pl benzol)
Az egyes hataacuterszerkezetek koumlzoumltti nyiacutel harr Peacuteldakeacutent aacutelljanak itt a szervetlen eacutes szerves keacutemiaacuteboacutel ismert nitraacutetion illetve benzilion legstabilabb hataacuterszerkezetei feliacuterva
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
24
ON
O
O O
NO O O
N
O
O
CH2 CH2 CH2 CH2CH2
Oxidaacutecioacutes szintek (hasonloacute de nem pontosan felel meg az oxidaacutecioacutes szaacutem fogalmaacutenak)
bull A szeacutenatom nulla vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkaacuten oxidaacutecioacutes szint alkaacutenok
bull A szeacutenatom egy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Alkohol oxidaacutecioacutes szint alkoholok eacuteterek aminok alkil-halogenidek alkeacutenek
bull A szeacutenatom keacutet vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Aldehid oxidaacutecioacutes szint aldehidek ketonok acetaacutelok alkinek
bull A szeacutenatom haacuterom vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Karbonsav oxidaacutecioacutes
szint karbonsavak eacuteszterek amidok nitrilek acilkloridok bull A szeacutenatom neacutegy vegyeacuterteacutekeacutet koumlti le heteroatom vagy CndashC π-koumlteacutes Szeacuten-dioxid oxidaacutecioacutes
szint szeacuten-dioxid dialkil-karbonaacutetok szeacutentetrahalogenidek
Fontosabb szerves csoportok roumlvidiacuteteacutesei
R alkil amil Me metil CH3 Ar aril
Et etil Ph fenil
Pr (vagy n-Pr)
propil Bn benzil
Bu (vagy n-Bu)
butil Ac acetil O
i-Pr izopropil
vinil
i-Bu izobutil
allil
s-Bu szek-butil
Bz benzoil
O
t-Bu terc-butil
acil R
O
Ts p-
toluolszulfonil S
O
O
Ms metilszulfonil S
O
O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
25
Parciaacutelis toumllteacutesek jeloumlleacutese δ+ δndash
Oδ
δ
Gyakori fogalmak eacutes jeloumlleacutesek
Gyoumlk paacuterosiacutetatlan elektront tartalmazoacute reacuteszecske leggyakrabban reaktiacutev intermedier Igen sok szerves keacutemiai reakcioacute paacuterosiacutetatlan elektronokat tartalmazoacute molekulaacutek azaz gyoumlkoumlk reacuteszveacutetele NEacuteLKUumlL megy veacutegbe tehaacutet a reakcioacute soraacuten elektronpaacuterok mozdulnak el Emiatt van eacutertelme arroacutel beszeacutelni hogy a reakcioacuteban aacutetadaacutesra keruumllő elektronpaacuter kitől szaacutermazik eacutes hovaacute keruumll Nukleofil reacuteszleges vagy teljes negatiacutev toumllteacutest viselő Lewis-baacutezisos jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterdonorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese Nundash Nu pl OHndash Brndash H2O NH3 Elektrofil reacuteszleges vagy teljes pozitiacutev toumllteacutest viselő Lewis-savas jellegű reakcioacutepartner mely a reakcioacuteban elektronpaacuterakceptorkeacutent viselkedik jeloumlleacutese E+ E pl H+ NO2
+ AlCl3
Heteroliacutezis AB = A+ + Bndash
Homoliacutezis AB = A + B Elektronpaacuter elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Elektron elmozdulaacutesaacutenak jeloumlleacutese Mechanizmusiacuteraacutesi segeacutedlet
1 Rajzold le aacutettekinthetően a reaktaacutensokat Ellenőrizd hogy tudod mi a reagens eacutes az oldoacuteszer mik a reakcioacute koumlruumllmeacutenyei
2 Vizsgaacuteld meg a kiindulaacutesi anyagokat eacutes a termeacutekeket majd proacutebaacuteld meg kitalaacutelni mi toumlrteacutent a reakcioacuteban Milyen uacutej koumlteacutes keletkezett Melyik koumlteacutesek szakadtak fel Mi adoacutedott hozzaacute eacutes mi taacutevozott el A molekulaacuteban vaacutendorolt valamelyik koumlteacutes
3 Keresd meg a nukleofil koumlzpontokat a reagaacuteloacute molekulaacutekban eacutes hataacuterozd meg melyik a legnukleofilebb Keresd meg az elektrofil reacuteszeket eacutes hataacuterozd meg melyik a legelektrofilebb
4 Ha az elektrofil eacutes nukleofil centrum koumlzoumltti koumlteacutes leacutetrejoumltteacutevel koumlzelebb jutunk a termeacutekhez akkor rajzold uacutegy a molekulaacutet hogy a keacutet centrum egy koumlteacutes taacutevolsaacutegban legyenek egymaacuteshoz A bezaacutert szoumlg feleljen meg a molekulapaacutelyaacutek alakjaacutenak
5 Rajzolj egy goumlrbe nyilat ami a nukleofiltől mutat az elektrofilre A kezdőpontja legyen a betoumlltoumltt paacutelyaacutenaacutel (pl nemkoumltő elektronpaacuter) vagy negatiacutev toumllteacutesneacutel (Mutassa vilaacutegosan a toumllteacutest illetve a koumlteacutest de ne eacuterintse azt) eacutes veacutegződjoumln az uumlres paacutelyaacutenaacutel (A nyiacutel veacutege vilaacutegosan mutassa azt)
6 Vedd figyelembe hogy a reakcioacuteban reacutesztvevő atomok koumlruumll nem lehet tuacutel sok koumlteacutes Ha ez iacutegy van akkor egy koumlteacutes felszakiacutetaacutesaacuteval kell megszuumlntetni a keacuteptelen szerkezetet Vaacutelaszd ki a felszakadoacute koumlteacutest A koumlteacutes koumlzepeacuteből huacutezz egy goumlrbe nyilat ami egy megfelelő (elektronpaacuter fogadaacutesaacutera alkalmas) helyre mutat
7 Iacuterd fel a goumlrbe nyilak aacuteltal meghataacuterozott termeacutek keacutepleteacutet Szakiacutetsd fel a koumlteacuteseket ahonnan indulnak eacutes eacutepiacutetsd ki ott ahova mutatnak Vedd figyelembe az egyes atomokon leacutevő toumllteacuteseket eacutes ellenőrizd hogy az oumlssztoumllteacutes nem vaacuteltozott Ha felrajzoltad a goumlrbe nyilakat akkor meghataacuteroztad egyeacutertelműen a termeacutek szerkezeteacutet Ha hibaacutes a szerkezet akkor a goumlrbe nyilak is rossz helyen vannak javiacutetsd ki őket
8 Ismeacuteteld az 5 ndash 7 leacutepeacuteseket amiacuteg stabil termeacutekhez nem jutsz
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
26
A reaktivitaacutest befolyaacutesoloacute teacutenyezők 1 Elektronikus effektusok
1a Induktiacutev effektus
CH3 CH2 Cl
δδ+ δ+ δminus
+I EDG (electron donating group elektronkuumlldő csoport) Ondash gt COOndash gt CR3 gt CHR2 gt CH2R gt CH3 ndashI EWG (electron withdrawing group elektronvonzoacute csoport) NR3
+ gt NO2 gt SO3R gt CN gt COOH gt F gt Cl gt Br gt I ~ OR OH Ar
1b Konjugaacutecioacutes effektus vagy mezomer effektus +M vagy +K
X X X X
Ondash OH OR NH2 SH F Cl Br I
ndashM vagy ndashK
X X X X
COR lt CN lt NO2
COOH lt COOR 2 Szteacuterikus effektusok
A reakcioacutek lejaacutetszoacutedaacutesa soraacuten a reaktivitaacutes megaacutellapiacutetaacutesnaacutel figyelembe kell venni hogy bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet gaacutetolhatja ha a reakcioacutecentrum szteacuterikusan aacuternyeacutekolt zsuacutefolt bull a reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutet segiacutetheti ha a molekulaacuteban a nagy csoportok tasziacutetaacutesa helyigeacutenye
miatt feszuumlltseacuteg van eacutes ez a reakcioacute soraacuten csoumlkken
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
27
Alapvető szerves keacutemiai mechanizmusok I Szubsztituacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol az egyik reagens molekula (X)
oly moacutedon leacutetesiacutet koumlteacutest a maacutesikkal (CY) hogy annak egy reacuteszleteacutet lecsereacuteli (Y ndash taacutevozoacute csoport) A szubsztituacutecioacutes reakcioacutek az X reagens sajaacutetsaacutegai alapjaacuten lehetnek gyoumlkoumlsek nukleofilek vagy elektrofilek A maacutesik reagaacuteloacute molekula szempontjaacuteboacutel megkuumlloumlnboumlztetuumlnk alifaacutes eacutes aromaacutes szubsztituacutecioacutet
C YX C X YSZUBSZTITUacuteCIOacute + +
I1 Gyoumlkoumls szubsztituacutecioacutes reakcioacute (SR)
Cl2 2 Cl
R H Cl R Cl
R R Cl
R R
hν
+ +
+ Cl2 Cl+
R + R
laacutencindiacutetaacutes
laacutencfolytataacutes
R ClR + Cl
Cl22 Cl
laacutenczaacuteroacutedaacutes
I2 Alifaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN)
I2a Unimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN1)
C X
R1
R3R2 δ
R1
C
R3 R2
Nu
C Nu
R1
R3R2CNu
R1
R3R2+
ndashX
A reakcioacute soraacuten a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa a sebesseacutegmeghataacuterozoacute leacutepeacutes A reakcioacutesebesseacuteg csak a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula koncentraacutecioacutejaacutetoacutel fuumlgg A karbokation annaacutel stabilabb mineacutel magasabb rendű vagy mineacutel toumlbb +K effektusuacute csoport kapcsoloacutedik hozzaacute A karbokation csak akkor tud kialakulni ha fel tudja venni a siacutekalkatuacute teacuterszerkezetet Ez a reakcioacuteuacutet szekunder eacutes tercier szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten racemizaacutecioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2b Bimolekulaacutes nukleofil szubsztituacutecioacutes reakcioacutek (SN2)
C XR1
R3R2
Nuδ
C
R2R3
R1
Nu X Nu C
R1
R3R2
ndashX
ne
A reakcioacute soraacuten a szeacutenndashnukleofil koumlteacutes kialakulaacutesa eacutes a taacutevozoacute csoport heterolitikus lehasadaacutesa paacuterhuzamosan toumlrteacutenik A reakcioacutesebesseacuteg a szubsztituacutecioacutet elszenvedő molekula eacutes a nukleofil koncentraacutecioacutejaacutetoacutel is fuumlgg A nukleofil taacutemadaacutesaacutehoz szuumlkseacuteges hogy a C atom szteacuterikusan ne legyen leaacuternyeacutekolva ezeacutert a reakcioacutecentrumhoz mineacutel kisebb ligandumoknak kell kapcsoloacutednia Ez a reakcioacute uacutet primer eacutes szekunder szeacutenatomokon jellemző A reakcioacute soraacuten inverzioacutera kell szaacutemiacutetanunk I2c Oldoacuteszerhataacutes Az SN1 mechanizmus szerint lejtszoacutedoacute reakcioacutenak a polaacuteris oldoacuteszer
kedvez (segiacutet a karbokation stabilizaacutelaacutesaacuteban) Az SN2 tiacutepusuacute reakcioacuteutat az apolaacuteris oldoacuteszer segiacuteti elő
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
28
I2d Szomszeacutedcsoporthataacutes
R2R1
Z R3
R4
X
Z
R1
R2 R4R3
NuR2
R1
Z R3
R4
Nu Nu
Z
R3
R4
R1
R2+
SN2
ndashX
SN2
I3 Aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute (SEAr) I3a Az aromaacutes elektrofil szubsztituacutecioacute mechanizmusa
H
E
π-komplex
H
E
H E
E
H
E
H
σ-komplex
+
+
I3b A σ-komplex szerkezete
E H E H E H E H
δδ
δ I3c A szubsztituensek hataacutesa a beleacutepő elektrofil helyzeteacutere
bull Orto-helyzet X
HE
XH
E
XH
E
bull Meta-helyzet
X X X
EH
EH E
H
bull Para-helyzet
X X X
H E H E H E bull Ha az X-csoport +K effektusuacute osztozhat a pozitiacutev toumllteacutesen
X X
Az orto eacutes para esetneacutel a pozitiacutev toumllteacutes megjelenik az X-csoportot hordozoacute szeacutenatomon is ha az X-csoport tudja stabilizaacutelni ezt a toumllteacutest akkor ezen poziacutecioacutek kedvezmeacutenyezettek ellenkező esetben a meta-helyzet lesz a kedvezmeacutenyezett
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
29
A reakcioacute lejaacutetszoacutedaacutesaacutenak sebesseacutegeacutet befolyaacutesolja a szubsztituens Referenciakeacutent ugyanazon reagenssel a benzolon lejaacutetszoacutedoacute szubsztituacutecioacutet tekintjuumlk Ha a folyamat lassabb akkor a szubsztituens dezaktivaacuteloacute ha gyorsabb aktivaacuteloacute bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute aktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus kiveacuteve
halogeacutenek) -NRRrsquo -OR -OH -Ondash -SH -SR -NHCOR -CH2OH alkil aril -OCOR -CH=CH-CHO -CH=CH-COOR
bull Orto- para-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (+K effektus halogeacutenek)
-F -Cl -Br -I bull Meta-helyzetbe iraacutenyiacutetoacute dezaktivaacuteloacute szubsztituensek (ndashIndashK effektus)
-NR3+ -NO2 -CN -COOH -COOR -CHO -COR -CX3 (-CF3 -CCl3) -CONH2
-SO3H II Addiacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol keacutet reagens (AB eacutes CC) melleacutektermeacutek
keacutepződeacutese neacutelkuumll egy vegyuumlletteacute egyesuumllnek A leggyakoribb addiacutecioacutes reakcioacutetiacutepusok az elektrofil nukleofil a szinkron addiacutecioacute eacutes a cikloaddiacutecioacute
C C
A B
C CA BADDIacuteCIOacute +
II1 Elektrofil addiacutecioacute (AE)
II1a Halogeacutenaddiacutecioacute szeacutenndashszeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4
R2 R4R3R1
Br
BrR1
R4R3
R2
Br
Br
δ
δ
R2
R4
R1
R3Br
Br
R2R1
R3
R4Br
Br
Br2
+
A reakcioacute sztereokeacutemiaacuteja transz a reagens keacutet reacutesze ellenkező teacuterfeacutelről leacutep be a molekulaacuteba II1b Hidrogeacuten-halogenid addiacutecioacute szeacuten-szeacuten kettős koumlteacutesre
R1 R3
R2 R4 R2 R4R3R1
XR2
R4
R1
R3H
X
HX H
X
R2 R4R3R1
H X
Ebben az esetben nem tud kialakulni hidroacutenium kation (mint a fenti esetben a bromoacutenium kation) A reakcioacute soraacuten cisz- eacutes transz-addiacutecioacutes termeacutek is keletkezhet II1c Markovnyikov-szabaacutely
R
H H
HE
R
H
E
HH H
HR
HE
stabilabb
+ +
Az bdquoelektrofil oda eacutepuumll be ahol eredetileg toumlbb H vanrdquo tapasztalati szabaacutely a kuumlloumlnboumlző karbokation-stabilitaacutesra vezethető vissza az alkilcsoportok +I effektusa miatt a magasabb rendű kation stabilabb
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
30
II1d bdquoanti-Markovnyikov-szabaacutelyrdquo szerint keletkező termeacutekek
bull Gyoumlkoumls addiacutecioacute (AR) (főleg szteacuterikus effektus)
R
H H
H
Br
R
H
Br
HH H
HR
HBr
stabilabb
+ +
QHndashQ
R
H
Br
HH H
HR
HBr
HH
főtermeacutek
bull hipohalogenit addiacutecioacute
HR
HOClδ δ
HR
Cl
OH
bull hidroboraacutelaacutes
R
BH3
RBH2
H2O2 NaOHR
OH
II2 Nukleofil addiacutecioacute (AN)
Oδ
δ
Nu
O
Nu
AN
EWG
δδ
Nu
EWGNu
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
31
II3 Cikloaddiacutecioacute
+
O
O
+
O
O
O
O
O
O
+
dieacuten dienofil
III Eliminaacutecioacutes reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol egy kiindulaacutesi molekula keacutet vagy toumlbb oumlsszetevőjeacutere esik szeacutet (AB+CC)
C C
A B
C CA BELIMINAacuteCIOacute +
III1 E2 mechanizmus (bimolekulaacutes eliminaacutecioacute) X
H
B
ndashX
ndashHB
III1a E2 reakcioacute mechanizmuaacutenak szetereokeacutemiaacuteja a taacutevozoacute ligandumoknak anti-
periplanaacuteris teacuteraacutellaacutesuacutenak kell lennie
H
R1 R2
R4R3
X
R1
R2 R4
R3B ndashX
ndashBH
peacuteldaacuteul
Br
H Ph
PhBr
H
H
Ph Ph
Br
mezo(RS)
cisz
Br
H Ph
BrPh
H
H
Ph Br
Ph
transz(RR)
III2 E1 mechanizmus (unimolekulaacutes eliminaacutecioacute)
X
H
ndashX
H
ndashH
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
32
III3 E1cB mechanizmus (unimolekulaacutes konjugaacutelt baacutezison keresztuumll lejaacutetszoacutedoacute eliminaacutecioacute)
X
H
BX
ndashX
HB
III4 Intramolekulaacuteris eliminaacutecioacute (Ei)
H NMe2
R3R2
R1 R4
H2C
R2
R1 R4
R3
H NMe2
R3R2
R1 R4
H3C X
∆
- NMe3
- HX
H O
R3R2
R1 R4
RO
R2
R1 R4
R3
∆
- RCOOH
R2
R1 R4
R3
H Br
R3R2
R1 R4
∆
- HBr
III5 Iraacutenyiacutetaacutesi szabaacutelyok
III5a Zajcev-szabaacutely
Br fotildetermeacutek melleacutektermeacutek
baacutezis+
III5b Hoffmann-szabaacutely
SMe2 fotildetermeacutek melleacutektermeacutekNMe3
+
IV Aacutetrendeződeacutesi reakcioacuteknak nevezzuumlk azokat a reakcioacutekat ahol a molekula elemi oumlsszeteacutetele vaacuteltozatlan marad de a konstituacutecioacuteja megvaacuteltozik
C C
A
C C
A
AacuteTRENDEZOtildeDEacuteS
IV1 WagnerndashMeerwein-aacutetrendeződeacutes (anionvaacutendorlaacutes hajtoacuteereje a stabilabb karbokation keacutepződeacutese)
Br
abs EtOH
OEt
OH
H2O
OH
(SN2)
(SN1)
EtO
Br
- Br OH
OH Br OH
- Br OH
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
33
V Oxidaacutecioacutesredukcioacutes reakcioacuteknak hiacutevjuk mindazon folyamatokat amelyek soraacuten a molekulaacuteban
levő atomok oxidaacutecioacutes szaacutem vaacuteltozaacutesaacutenak oumlsszege nem nulla (pl az eliminaacutecioacute nem oxidaacutecioacute) Az oxidaacutecioacutes ndash redukcioacutes reakcioacutek aacuteltalaacuteban oumlsszetett toumlbbleacutepcsős folyamatok melyek mechanizmusa nem mindig tisztaacutezott
VI Komplex mechanizmusuacute reakcioacutek alatt eacutertjuumlk mindazokat a folyamatokat melyek a fentiekben
ismertetett alaptiacutepusok koumlzuumll toumlbből aacutellnak oumlssze Ilyen peacuteldaacuteul a savkloridok eacutes alkoholaacutetionok alaacutebbiakban bemutatott addiacutecioacutes ndash eliminaacutecioacutes reakcioacuteja amely formailag egy nukleofil szubsztituacutecioacutenak felelne meg Az aacutetalakulaacutes első leacutepeacuteseacuteben az alkoholaacutetion addiacutecionaacuteloacutedik a savklorid pozitiacutevan polaacuterozott szeacutenatomjaacutera (laacutesd nukleofil addiacutecioacute) eacutes egy anionos koumlztitermeacutek alakul ki amelyben azutaacuten a negatiacutev toumllteacutesű oxigeacuten egyik elektronpaacuterja szeacuten-oxigeacuten kettőskoumlteacutes kialakiacutetaacutesa koumlzben kiloumlki a halogenidiont (laacutesd eliminaacutecioacute) eacutes kialakul az eacutesztercsoport
R1
Cl
O
CH3CH2O
R1
OCH2CH3
O
R1
O
Cl
OCH2CH3
Cl
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
34
Aromaacutes rendszerek Gyűrűsen konjugaacutelt kettőskoumlteacuteseket tartalmazoacute siacutekalkatuacute rendszerek koumlzuumll azokat nevezzuumlk aromaacutesoknak melyek (4n+2) darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmaznak (ahol n = 0 1 2 ) (Huumlckel-szabaacutely) Ezek kimagasloacute stabilitaacutessal rendelkeznek A 4n darab delokalizaacutelt π-elektront tartalmazoacute (ahol n = 0 1 2 ) gyűrűs siacutekalkatuacute rendszerek antiaromaacutesak melyek vagy koumlteacutesfelszakiacutetaacutessal vagy a planaacuteris szerkezet torzulaacutesaacuteval igyekeznek stabilizaacuteloacutedni Aromaacutes rendszerek
N
HN
Antiaromaacutes rendszerek
Nemaromaacutes rendszerek
Toumlbbgyűrűs aromaacutes rendszerek
X
X = CH N S O
Top Related