Chimica organica - Secondo parziale appunti

Proprietà del gruppo carbonilico

Il C più lontano di questo è Cβ e così via. L'ultimo C, indipendentemente dalla lunghezza della catena, è Cω.➔ C=C vs C=O: nel C=O il legame è più corto (più forte), è polare e ci sono due siti reattivi C (δ+, elettrofilo, acido di Lewis) e O( δ-, nucleofilo, base di Lewis)➔ Proprietà fisiche: il carbonile non ha H acidi, quindi non fa legami a idrogeno. Il p.e. è più alto degli idrocarburi e degli alogenoalcani, ma più basso degli alcoli. Il gruppo CHO è accettore del legame a idrogeno, quindi sono solubili in acqua. Più la catena idrocarburica aumenta, meno solubili diventano.➔ Reattività:1. Sintesi del carbonilico: si può fare tramite l'ox di alcoli (H se ne va e si forma il =) o idratandogli alchini2. Addizione nucleofila (no SN perché tutti i LG sono basi forti): le aldeidi sono più reattivi dei chetoni (x

effetti sterici, R è più ingombrante di H). È anche importante l'effetto elettronico – in presenza di atomi elettron-attrattori legati al C carbonilico, questo diventa più acido (loro gli tolgono un po' della nuvola elettronica) e quindi più reattivo. La reazione è soggetta a condizioni di reazione: si fa un' idratazione del carbonilico secondo la catalisi acida (attivazione del carbonilico) o basica (miglioramento del Nu). La reazione è molto spostata verso i reagenti, si forma poco prodotto. Stereochimica: quando il Nu attacca il carbonilico, può farlo dall'alto o dal basso, quindi si forma un racemo -a. Riduzione ad alcoli: è una riduzione per addizione nucleofila di uno ione idruro (H-) al carbonile. Posso usare NaBH4 che riduce il carbonile in alcoli 1° e 2° o LiAlH4, molto più reattivo, che riduce aldeidi, chetoni, COOH ed esteri a dare alcoli 1° (2° per chetoni). Il

Il rapporto stechiometrico è 1:4 (1 mole di NaBH4 riduce 4 moli di aldeide). È una reazione irreversibile perché per riformare il carbonile deve uscire una base forte (CH3OH o H2O) e non lo faranno, si forma un forte legame C-H.

La formazione di cianidrine avviene per l'addizione di HCN (pKa=9.25) o dei suoi sali KCN, NaCN in H2O in ambiente acido. Un eccesso di base sposta la reazione verso l'aldeide di partenza (la reazione è reversibile in basi, è irreversibile se uso LiAlH4). L'H2O non sarà mai un leaving group, il CN- si. Non funziona bene su arilchetoni e chetoni ingombrati.

L'addizione reversibile di alcoli porta alla formazione di emiacetali (poco stabili se non ciclici) e acetali (stabili in ambiente basico). È solitamente condotta con catalisi acida (acido p-toluensolfonico come catalizzatore). Per arrivare all'emiacetale, posso catalizzare la reazione anche con delle basi, l'acetale però vuole un ambiente acido (perché bisogna

protonare l'OH per renderlo un LG). Dopo l'emiacetale, si segue una SN1. Sono tutti passaggi reversibili: si può spostare l'equilibrio verso dx usando un eccesso di reagente (es alcol come solvente/reagente) oppure sottraendo uno dei prodotti (es rimuovendo H2O), oppure verso sx lavorando in eccesso di H2O (idrolisi dell'acetale). Gli acetali sono molto stabili in ambiente basico e sono usati come gruppi protettori di aldeidi e chetoni. Usando alcoli come 1,2 etandiolo/1,3 propandiolo, si ha una reazione intramolecolare (cicli a 5 e 6).

Addizione di ammine primarie: si formano delle immine/basi di Schiff. Il pH deve essere di 5-6 (garantisce che il carbonile si attivi e che l'ammina mantenga la sua nucleofilicità, facilita l'uscita del LG). Il prodotto di addizione nucleofila non è stabile - l'H+ protonerà l'OH e sarà espulsa l'acqua. Si formano 2 diasteroisomeri cis e trans.

Riduzione: si

può eseguire tramite l'idrogenazione. Per ridurre il carbonile all'alcol, devo applicare una pressione e scaldare (il legame C=O è più difficile da rompere che quello C=C -> se le condizioni non sono drastiche c'è una riduzione selettiva). L'altra opzione è l'ossidazione, ma la possono fare solo le aldeidi con il reattivo di Jones, arrivando a un COOH.²⁺ Le aldeidi si ossidano facilmente, anche con Ag(NH₃)₂ e CuO₃^2- Si possono usare Ag e Cu come "specchio d'argento", reazione di riconoscimento di aldeidi - cambiano colore. Tautomeria cheto-enolica: il gruppo carbonile può trovarsi sotto forma di due tautomeri (isomeri di struttura) diversi ogni volta che è in presenza di H o OH. La forma chetonica (C=O) è più stabile dell'enolica (C=C, OH -> H donato dal CH della molecola), ma le due forme si interconvertono. Ci sono conseguenze stereochimiche: se si ha un

chetone R in Cα in ambiente basico, si forma il carbanione stabilizzato dalla risonanza e quindi si perde l'ostereocentro. Quando poi H O attaccherà il carbanione, potrà farlo da sopra o da sotto e mi2dà un racemo.

4. Reazioni in Cα:

a. Condensazione aldolica: in soluzione acquosa basica le aldeidi e i chetoni che hanno idrogeni in α al carbonile danno luogo a una reazione di condensazione aldolica, un attacco nucleofilo (addizione) di un anione enolato di una molecola di aldeide o chetone sul carbonile di una seconda molecola di aldeide o chetone. Condizione necessaria perché la reazione avvenga è la possibilità del composto carbonilico di enolizzare, ovvero la forma carbonilica deve poter essere in equilibrio con la forma enolica (tautomeria cheto-enolica). Per riscaldamento in ambiente acido l'aldolo disidrata a composto carbonilico α,β-insaturo. Il prodotto è un aldolo. Meccanismo: generazione dell'enolato,

attacco nucleofilo, protonazione. Ad alte temperature l'aldolo si converte nel suo enolato, che elimina l'OH per dare il prodotto finale -> disidratazione dell'aldolo catalizzata da OH.

b. Condensazioni aldoliche intramolecolari: Quando sia l'enolato sia il gruppo carbonilico su cui avviene l'addizione fanno parte della stessa molecola, la reazione aldolica porta alla formazione di un anello.

c. Condensazioni aldoliche incrociate: sono reazioni aldoliche tra composti carbonilici diversi e sono utili da un punto di vista sintetico solo se uno dei due reagenti non ha Hα (formaldeide, benzaldeide) e quindi non può enolizzare. Si ottengono 4 prodotti perché l'aldeide 1 può reagire sia con l'aldeide 2 (diversa da essa) che con se stessa e la stessa cosa vale per l'aldeide 2.

d. Addizione di ammine secondarie: si ottengono enammine. Avviene l'attacco nucleofilo di ammine secondarie su aldeidi e chetoni che possiedono

almeno unidrogeno in α al gruppo carbonilico. Anche le immine hanno l'equilibrio cheto-enolico (se hanno almeno un Hα): immina <-> enammina

Acidi carbossilici:➔ -Si trovano anche sotto forma di ione carbossilato (COO-). Hanno dei derivati: R-COO-R (esteri), R-COS-R (tioesteri), R-CO-O-CO-R (anidridi), R-CO-X (alogenuri acilici), R-CO-NH2/NHR/NR2 (ammidi), R-C≡N (nitrili – sono ammidi che hanno perso acqua).

Nomenclatura: "acido" + nome alcano + -oico. Nomi comuni da sapere: HCOOH acidoformico, CH3COOH acido acetico, acido benzoico. Si numera la catena più lunga che contiene il COOH ed è da lì che si comincia a numerare -> ha priorità maggiore di OH e C=O, ma minore del gruppo ammonio.

Se si sottrae un OH al COOH, si forma un gruppo acile (R-C=O-), formile (H-C=O-), acetile(CH3C=O-), propanoile (CH3CH2C=O-), benzoile

Proprietà: fanno legami a idrogeno a formare dimeri. Hanno p.e.

più alti di quelli degli alcoli2ed elevata solubilità in acqua (se la catena alchilica è corta). Nel COOH il C è sp con 3 gruppi,3quindi la struttura è planare, O è sp➔ COOH vs C=O nella risonanza: nel C=O ci sono 2 strutture limite, nel COOH 3. Il C nel C=O èpiù reattivo con nucleofili rispetto a quello nel COOH perchè l’OH sopperisce in parteall’elettrofilicità del C.➔ Ci sono 4 centri di reazione: il C δ+ e l’O δ- coinvolto nel =. L’altro O è basico e l’H è acido (sideprotona facilmente)➔ L’acidità dei COOH: la carica negativa del carbossilato viene delocalizzata tra i 2 O in modoequo (le 2 strutture limite sono equivalenti, non c’è separazione di carica madelocalizzazione) quindi sono più acidi degli OH. Rimane importante l’effetto induttivo diatomi vicini al COOH (la densità elettronica del

carbossilato viene distribuita). Aumental'acidità anche l'anello aromatico e ancora di più se ci sono sostituenti in para e orto (esacido 4-nitrobenzoico > acido benzoico > acido 4-metilbenzoico)➔ Reattività: - +1. Acido-base: R-COOH + NaOH -> R-COO Na + H O (per far reagire il sale, bisogna trattare il2COOH con acidi più forti del COOH stesso, come HCl)2. Protonazione: si protona l'O del C=O, non quello dell'OH (3 strutture di risonanza vs 1 sola).Questo avviene con difficoltà perché l'acido coniugato ha pKa=6.3. Sostituzione nucleofila: confronto col C=O: COOH + alcol -> estere (tramite sostituzione conOH come LG). Nei C=O invece è un'addizione che dà un emiacetale. Meccanismo: addizioneNu (lento) -> sostituzione e riformazione del = (non c'entrano i meccanismi SN1/SN2)a. Esterificazione di Fischer: COOH + alcol (catalisi acida) (addizione) -> intermediotetraedrico

(H può passare a qualsiasi dei 3 O, hanno circa la stessa basicità)(eliminazione)-> estere. È una reazione reversibile, per spingerla verso i prodotti varimossa l'acqua o messo alcol in eccesso (per cui di solito lo si usa anche come solvente)b. Esterificazione intramolecolare: se la molecola contiene un OH e un COOH, può reagire a formare un estere ciclico (detto lattone). Questi cicli sono più stabili se sono a 7-8 termini.4. Sintesi di cloruri acilici: i derivati del COOH derivato da questi perché sono i più reattivi tra i derivati e il COOH perché Cl è un ottimo LG (base debole). Partendo da COOH, si usa il cloruro di tionile (SOCl ) per dare i cloruri acilici (non fare il meccanismo). Reazioni: + H O ->2 2COOH; + carbossilato -> anidride; + alcol -> esteri; + tioli -> tioesteri; + ammine -> ammidiDerivati degli acidi carbossilici:
➔ Nomenclatura: alogenuri acilici – alogeno + -uro + di + nome