Appunti di Chimica organica 2 - parte 4

Anioni Enolato ed Enamine

Formazione e reazioni degli anioni enolato: una panoramica

Iniziamo parlando di composti carbonilici, sappiamo che il legame c=o è polarizzato, il C è parzialmente positivo e l'O è parzialmente negativo; la tipica reattività di questi composti è quella di essere degli elettrofili e quindi si ha l'addizione nucleofila ad aldeidi e chetoni.

I composti carbonilici danno luogo a tautomeria cheto-enolica, questo perché gli H sui carboni α presentano un'acidità ed è una tautomeria perché sono due isomeri in equilibrio, si forma uno rispetto all'altro per sflip di un H. Nell'enolo il C α è un nucleofilo.

È un equilibrio dinamico, il rapporto delle concentrazioni all'equilibrio è costante a T costante ma c'è un continuo equilibrio tra due forme, si trasformano continuamente. In generale all'equilibrio la forma chetonica è largamente preponderante in composti carbonilici semplici, ed esempio si cloroformano (questo vale per aldeidi, chetoni, acidi carbossilici, esteri ed anche anidridi per la poca differenza rispetto al legame C=O.

Ci sono dei casi in cui il tautormero enolico è in percentuale maggiore come nel caso in cui il doppio legame enolico sia stabilizzato per coniugazione e anche se si formano legami a H intramolecolari.

La tautomeria cheto-enolica avviene anche a T ambiente ma e lenta, si può accelerare sia con un catalisi acida sia basica.

Catalisi Acida:

Abbiamo l'isomero cheto con piccole quantità di acido, l'O del C=O si protona e si forma una specie più la base coniugata dell'acido che strappa il protone sul C alpha che è acidosi e si forma l'enolo che ha due forme limite; l'acido si rigenera alla fine della reazione.

Catalisi basica:

In ambiente basico gli step sono gli stessi ma invertiti, la base deprotona il C in α che è più acido (pKa ≈19), il motivo per cui il enolato è stabilizzato per risonanza. Si forma quindi l'O negativo prende un protone dall'acqua, si riforma la base e il enolato.

Abbiamo detto che l'acidità è maggiore perché c'è un effetto induttivo dell'O e la base coniugata (l'enolato) è stabilita, retto per risonanza. Se guardiamo il modello orbitale nella forma detta il C è sp2, quando viene strappato il protone il carbonio è sp2, questo perché in questo modo puoi avere l'orbitale π parallelo agli orbitali π del doppio legame C=O e quindi si può avere la delocalizzazione della carica negativa sul C e sull'O.

Un composto carbonilico ha pKa ≈20, se usiamo etossido o etanolo non si deprotona completamente il composto carbonilico, se si vuole deprotonare completamente c’è deve usare una base forte in quantità stechiometriche, spesso si usa ammoniaca o suoi derivati come sodio ammide, dispositopropilammina o LDA.

• EtOH, EtO⁻_etossido, pK_a = 16
• NH₃, Na⁺ NH₂⁻_{sodio amide}, pK_a = 38
• ^Li⁺_{ispropilammina}, pK_a = 36

Tabella con pKa da sapere:

Se invece si avere un solo gruppo carbonilico se ne hanno due vicino alla dei H aumenta perché la carico e elettro negatività su due ossigeni.

Ci sono varie possibilità per fare reazioni aldoliche sinteticamente utili, un metodo è quello di usare un composto carbonilico che non è enolizzabile con un composto a carbonile enolizzabile, già in questo modo si eliminano le possibilità che il composto meno enolizzabile attacchi se stesso o l'altro composto inoltre il reagente non enolizzabile deve essere più elettrofilo di quello enolizzabile, in questo modo tutto l'enolato si fa sul composto enolizzabile che va a reagire con l'altro composto che è più elettrofilo e non reagisce con se stesso, in questo modo si ottiene un solo prodotto.

In generale, le aldeidi sono più elettrofile dei chetoni quindi si può prendere un'aldeide non enolizzabile con un chetone enolizzabile si può fare una condensazione aldolica incrociata. Alcuni esempi di aldeidi non enolizzabili sono:

• Formaldeide
• Benzaldeide
• Furfuraldeide
• 2,2-dimetilpropanale

Si possono anche usare composti che non sono elettricamente ma possono enolizzarsi, un esempio è il nitrometano che ha un H acido perché il nitrógeno è stabilizzato per risonanza, poi si comporta come un enol e si può attaccare un’aldeide o un chetone.

Si possono anche usare composti che non sono elettrofili ma possono enolizzarsi, un esempio è il nitrometano che ha un H acido perché il nitrógeno è stabilizzato per risonanza, poi si comporta come un enol e si può attaccare un'aldeide o un chetone.

Reazione Aldolica Intramolecolare

Se i due siti reattivi sono sulla stessa molecola si forma un ciclo, la reazione è che si ottiene.

Nelle reazione aldolica siamo sottocontrollo termodinamico e quindi si formano i cicli favoriti ovvero quello con 5 o 6 termini.

Partendo da 2,7-ottandione si hanno due tipi di Cα i quali si può avere la formazione dell'enolato su Cα o sul Cα2; se forma l'enolato sul Cα dopo che reagisce si forma un ciclo a 7. Se invece si forma l'enolato sul Cα2 si ottiene un ciclo a 5, tra i due prodotti più stabile è il ciclo a 5 ed è quindi quello che si forma di più perché siamo sotto controllo termodinamico.

Enamine

Le enammine servono per fare le alchilazioni miste tra due composti carbonilici entrambi enolizzabili.

Un modo per sintetizzare le enammine è con un composto carbonilico e un'ammina secondaria in presenza di acido in quantità catalitica che serve per protonare O da divenire più elettrofilo, si forma un addotto che perde il protone formando l'emminiaminale che riprende un H+ formando un buon gruppo uscente ovvero H₂O che quindi esce, si forma la enammine, che perde H+, riprendendo l'acido e l'enammine. Usando acido in quantità stechiometrica l'enammine sarebbe protonata e quindi non sarebbe più nucleofila.

Per spostare l'equilibrio verso destra si può levare H₂O mentre a sinistra si fa catalisi acida in acqua.

Alcune delle ammine secondarie più usate per formare le enammine sono:

• pirrolidina
• piperidina
• morfolina

Si vede che la reattività delle enammine è analoga a quella degli enoli e enolati; ci sono anche delle differenze. Il carbonio α nucleofilo come nell'enolo e nell'enolato, però è meno basico dell'enolato, è più nucleofilo dell'enolo e non è un sistema bidentato, reagisce solo ac C.

Le enammine posso fare varie reazioni:

• elettrofila
• acilazione
• reazione aldolica mista

Alchilazione delle enammine

Le enammine danno reazioni S_N2 con alogenuro metallici ed alchilici primari, α-alogenoacchetone e α-alogenoesteri. Si forma uno che immivbe RC+ se trattato in acqua con HCl si ottiene un chetone e l'ammina idoclorurata, è ancora una reazione per sintozzeza chetoni.