Reazioni Aldeidi, chetoni e acidi carbossilici

Composti Carbonilici

• Nomenclatura (Classe I)
• Acidi Carbossilici

Acido propionico

Acido benzoicarbossilico

• Cloruri Acilici

Cloruro di 3-metil pentanoile

Cloruro di acopentanocarbonile

• Esteri

3-bromobutanoato di metile

Propanoato di fenile

Benzoicarbossilato di sodio

• Ammidi

4-clorobutanammide

Benzoicarbossammide

N-etil-N-metilpentanammide

Proprietà Fisiche (Punti di ebollizione)

ALTO Ammide > Acido carbossilico > Nitrile ≫ Estere ≈ Cloruro acilico ≈ Aldeide ≈ Chetone BASSO

• Interazioni dipolo-dipolo
• Legame H
• Legame idargo

Composti Carbonilici

• Nomenclatura (classe I)
• Acidi carbossilici

Acido propionico Acido benzoicarbossilico Cloruro di 3-metil pentanoilo Cloruro di acetopeantilcarbomille 3-bromobutanoato di metile Propanoato di fenile Benzoicarbossilato di sodio 4-clorobutanammide Benzoicarnosammide

• Esteri
• Amidi

N-etil-N-metilpentanammide

• Proprietà fisiche (Punti di ebollizione)

Alto Amimmide > Acido carbossilico > Nitrile ≫ Estere ≈ Cloruro acilico Aldeide ≈ Chetoine Basso

• Interazioni
• Dipolo-dipolo
• Legame H
• Legame idargo

Reazioni

(a) Nucleofilo attacca il carbonio

(b) Il gruppo è espulso

Intermedio tetraedrico

La base più debole viene eliminata preferenzialmente, poiché miglior gruppo uscente

Base più debole Cl⁻ < O₂COR⁻ < OR⁻ < OH⁻ < NH₂

Base più forte

Reazione di sostituzione nucleofila acilica

Affinché un derivato di un acido carbossilico possa dare una reazione di sostituzione nucleofila acilica, il nucleofilo entrante non deve essere una base molto più debole del gruppo che sta per essere sostituito.

Cloruri acilici

RCOCl + CH₃OH → RCOOCH₃ + HCl

RCOCl + H₂O → RCOOH + HCl

RCOCl + 2CH₃NH₂ → RCONHCH₃ + CH₃NH₃Cl

(ammine in quantità doppia) (ammide)

Esteri

RCOOR' + CH₃OH ↔ RCOOCH₃ + ROH

Alcoli

RCOOR' + H₂O ↔ RCOOH + ROH

Acido carbossilico + alcol

RCOOR' + CH₃NH₂ ↔ RCONHCH₃ + ROH

Ammine → Ammidi

Acidi Carbossilici

Esterificazione di Fischer

RCOOH + CH₃OH ↔ RCOOCH₃ + H₂O

Acido carbossilico con eccesso di alcol in presenza di un catalizzatore acido

RCOOH + CH₃CH₂NH₂ → RCOONH₃CH₂CH₃

Acido carbossilico ammonio → sale

Amidi (poco reattivi con i cloruri, alcoli e acqua)

Se la miscela viene riscaldata in presenza di un acido:

CH_{36C23 C22 3}CH₃₂₃₃₃

(N-etilacetammide)

(N-metilbenzammide)

RCNH₂ + H₂O ₃C + NH₄⁺

RCO₃ + NH₄⁺

Sintesi dei derivati degli acidi carbossilici

CH_{3 3}OH + SOCl_{2 3} + Cl ₃ + SO₂ + HCl

(OH-cattivo gruppo uscente trasformato in un cloruro)

Nitrili (Gruppo funzionale: C≡N)

• Nomenclatura: aggiungo suffisso "nitrile" alla radice dell'alcano corrispondente

Es. CH_{3 3} CH_{2 3}

Br _{2 3}

(acido propanoico)

ALDEIDI & CHETONI

NOMENCLATURASi sostituisce il suffisso finale "o" dell'idrocarburo corrispondente con "ale"

Es.H₂C=O(metanale)(formaldeide)

CH₃CH₂C=OBr2-bromopropanale(x-bromopropionaldeide)

NOMENCLATURASi sostituisce il suffisso finale "o" dell'idrocarburo corrispondente con "one"

Es.3-esanoneCH₃CH₂CH₂C=OCH₂CH₂CH₃

CH₃CH₃CH₂CH₂C=OCH₂CH₃ CH₃(6-metil-2-eptanone)

CH₃CH₂CH C=OCH₃CH₂CH₃2,4-pentanedione

Reattività relative:più reattivo H^-C=O H_- > CH₃-C=O H > RCH₃C=O R

(Alcuni fattori eterici contribuiscono:più è ingombrato e meno è reattivo)

Aldeidi e chetoni danno reazioni di ADDIZIONE NUCLEOFILA(Poiché i gruppi legati al C carbonilicosono basi troppo forti, H^- o R^- per poter essere eliminate in condizioni normali.)

Reazioni di composti carbonilici con reattivi di Grignard- Basi forti- Reagiscono come fossero carbonati.

FORMALDEIDE + REATTIVO DI GRIGNARD → ALCOL PRIMARIO

Cl^-O⁺--H

+ CH₃CH₂CH₂CH₂--MgBr→ CH₃(CH₂)3CH₂O^-MgBr→ H₃O⁺CH₃CH₂CH₂CHCH₂CH₂OH

(alcol 1°)

ALDEIDE + REATTIVO DI GRIGNARD → ALCOL SECONDARIO

CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂--MgBr→ CH₃CH₂CHCH₂OH→ H₃O⁺CH₃CH₂CHCH₂CH₂CH₃

CHETONE + REATTIVO DI GRIGNARD → ALCOL TERZIARIO

C=OCH₃CH₂CH₂CH₂--MgBr+rarr; CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂→ H₃O⁺OHCH₃CH₂CH₂CH₂CH₂OH

ESTERI E CLORURI ACILICI + REATTIVI DI GRIGNARD

ESTERE O CLORURO ACILICO + REATTIVO DI GRIGNARD

Sostituzione nucleofila

CHETONE + REATTIVO DI GRIGNARD

addizione nucleofila

ALCOL 3^O

REAZIONE DI RIDUZIONE (addizione di idrogeno)

• NaBH₄ (boro-idruro di sodio) donatore di Ioni H⁺ (idruro) abbastanza forte
  • chetoni → alcoli 2^O
  • aldeidi → alcoli 1^O

• LiAlH₄ (idruro di litio e alluminio) donatore di Ioni H⁺ molto forte (adatto a composti meno reattivi)
  • esteri → 2 alcoli (uno corrispondente alla porzione acilica, l'altro alla porzione alchilica dell'estere)
  • acidi carbossilici → unico alcool primario
  • ammidi → ammine 1^O, 2^O o 3^O a seconda del sostituente

Reazioni Aldeidi/Chetoni con Ammine

• Aldeidi/chetoni + ammina primaria → immmina (C=N )

Catalisi acida

Aldeide chetone ammmina primaria immmina (base di Schiff)

• Aldeidi/chetoni + ammmina secondaria → enammina

(ovvero, doppio legame in posizione relativa α,β rispetto all'atomo di azoto N - ossia α, β insatura)

Catalisi acida

Aldeide chetone ammmina secondaria enammina

Quindi :

RCHO + H2NH _{H⁺ catalitico} → RCH=NH + H2O immmina

RCOCHR + R'NH _{H⁺ catalitico} → RCH=C-NR + H2O enammina α-β

Es: CH3CH2CHO + H2NCH2CH3 _{H⁺catal, CH3CH2} → CH3CH2C=NCH2CH3 + H2O

(Un'immmina, in soluzione acquosa acida, si idrolizza formando un composto carbonilico e un'ammmina primaria)

CH=CHNCH2CH3 + H2O HCl → CHO + CH3CH2NH3

Es: cicloe esanale pirrolidina _H⁺catal → enammina

(Un'enammina, in soluzione acquosa acida, si idrolizza riformando il composto carbonilico e l'ammmina secondaria di partenza)

Reazioni di aldeidi e chetoni con nucleofili all’ossigeno

• Adizione di acqua: idrato (OH-C-OH)

catalisi acida

H₂O e alcol sono nucleofili deboli. Catalisi acida

• Adizione di alcoli

Aldeide + 1^o equivalente di alcol (chetone)

Emiacetale + 2^o equivalente di alcol

Acetale (chetale)

In assenza di H₂O, l’acetale o il chetale sono stabili, mentre in presenza di acqua essi vengono idrolizzati.

Es.

• Adizione nucleofili a composti carbonilici ∝-β insature

composto carbonilico centri elettrofilo

Adizione coniugata → add. nucleofila al carbonio β

tautomero chetonico tautomero enolico

Interssential: addizione di un nucleofilo al carbonio β del doppio legame e di un protone al carbonio ∝

Es.

Reazioni sul Carbonio α

Un idrogeno legato a un carbonio α di un'aldeide, un chetoacido, un estere è sufficientemente acido per essere rimosso da una base forte, in quanto la base coniugata che si forma è stabilizzata per delocalizzazione della sua carica negativa.

Aldeidi e chetoni sono molto più acidi degli esteri:

RCH₂ = O (pKₐ = 16-20)RCH₂ = OOR (pKₐ = 25)

I β-dichetoni (pKₐ ≈ 9) e i β-chetoesteri (pKₐ ≈ 11) sono più acidi ancora.

β-dichetoni: pKₐ ≈ 8.9β-chetoesteri: pKₐ ≈ 10.7

Tautomeria Chetoneolica

Tautomeria: Isomeri in rapido equilibrio tra di loro.

RCH₂ = OER ⇌

Tautonomero ChetocioPiù Stabile

Tautonomero EnecicoMeno Stabile

Eccezione: Il fenolo, in quanto aromatico, è più stabile del tautonomero chetonico.

Tautomerizzazione/enolizzazione: interconversione dei tautoneri chetonico ed enolico, catalizzata sia da acidi che da basi.

ALCHILAZIONE DEGLI IONI ENOLATO

base forte

1. Rimozione H⁺ dal α-C con una base forte
2. Aggiunta gruppo R alchilico

1. base forte2. RCH₂X → RCH₂

ADDIZIONE ALDOLICA

Reazione tra due molecole di aldeide o due molecole di chetone

Es:

• β-idrossialdeide
• β-idrossicheto

DISIDRATAZIONE DEI PRODOTTI DI ADDIZIONE ALDOLICA

(=condensazione aldolica: unisce due molecole rimuovendo una molecola di H₂O)

β-idrossialdeidealdeide α-β insatura

CONDENSAZIONE DI CLAISEN

Due molecole di estere subiscono una reazione di condensazione → prodotto β-chetostere

Esame:

DECARBOSSILAZIONE DEGLI ACIDI 3-OSSOCARBOBISSILICI

Gli acidi carbossilici con un gruppo carbonilico in posizione 3 perdono CO₂ per riscaldamento.

O

HO-C-CH₂-C-OH -> CH₃CH₂-C-OH + CO₂

CH₃CH₂-C-OH -> CH₃CH₂CH₂CH₃ + CO₂

OCOOH -> (delta) + CO₂

SINTESI MALONICA: SINTESI DI ACIDI CARBOSSILICI

Prodotto di partenza: estere di etilico dell'acido malonico.

1. CH₃CH₂O^- 2. R-Br

dici malonato

Meccanismo:

EtOEtO -etOH-> EtOEtO

EtOCEtO -etOH-> EtOEtO

CH₃OOCCH₂COOR + R^- + B^- -> CH₃OOCCH₃COOR + BH + X^-

SINTESI ACETOACETICA: SINTESI DI METILCHETONI

1. CH₃CH₂O^- 2. R-Br

3. HCl, H₂O, (delta)

dall’estere acetoacetico

Meccanismo:

Br-Br

R-CH₂ - I -> R

O

CH₃OOCCH₃COOR + R^- + B^- -> CH₃OOCCH₃COOR + BH + X^-

HC₁, H₂O

(Idrolisi)

O+C

R + CO₂

decarbos.

CONVERSIONI COMPOSTI CARBO-OSSILICI

SOLO SE R = AC

SOSTITUZIONE NUCLEOFILA ACILICA

miglior gruppo uscente

Cl^- > RCOO^- > RSO₃^-

basicità Cl^- < RCOO^- < RSO₃^-

Riepilogo Delle Reazioni Delle Aldeidi & Dei Chetoni

CH₃-C=O

CH₃-C=O

CH₃CH₂CH₃

CH₃-C-H

CH₃C-(OCH₃)₂

CH_{3 CH=CH-C=O-CH}

CH₃CH₂CH₂-C=O

CH=CH-C=O-CH

(Et_Ch)₂C-

CH₃-CH₂CH₃

Nucleofili deboli

Nucleofili forti

-O-Condensaz aldolica

-O Condensazione aldolica

-OH

+ H₂O

(epioxitenzimico)

-CHO

-CHO-CHO-CHO-CHO-CHO-CHO