Enoli

Stereochimica:

La riduzione con idruro converte un carbonio

carbonilico ibridato sp2 in un carbonio tetraedrico

ibridato sp3. Se i due gruppi legati al carbonio sono

diversi, l'attacco su una faccia o sull'altra dell'aldeide

e del chetone darà una miscela dei due enantiomeri

diversi, perché nel prodotto si forma un centro

stereogenico.

Reagenti Organometallici

Un altro tipo di reagente molto importante per le reazioni di aldeidi e chetoni sono i reagenti

organometallici (molecole in cui un carbonio è legato a un metallo), reagenti particolari in quanto la

polarizzazione è invertita rispetto a tutti gli altri legami che abbiamo visto finora (il carbonio ha la parziale

carica -).

La struttura generale dei tre reagenti organometallici più comuni è (la reattività diminuisce da sinistra verso

destra):

Reagenti Organometallici come basi forti I reagenti organometallici sono però anche basi forti che

estraggono facilmente un protone dall’acqua per formare

gli idrocarburi. Reazioni simili avvengono, oltre che con

l’acqua, con il protone del gruppo O—H degli alcoli e degli

acidi carbossilici, ed i protoni N—H delle ammine.

Pertanto, le reazioni con questi reagenti sono condotte in ambiente ANIDRO e in ASSENZA di solventi

PROTICI, altrimenti la reazione acido base prevarrebbe sull’addizione.

Addizione nucleofila di R¯

Il trattamento di un’aldeide o di un

chetone con un composto organolitio

(R”Li) o un reattivo di Grignard (R”MgX)

seguito da acqua forma un alcol 1°, 2°, o 3°

che contiene un nuovo legame C—C. In

queste reazioni, R”¯ è il nucleofilo.

L’addizione nucleofila avviene attraverso un meccanismo a due stadi:

Il doppietto del legame carbonio-litio

dell'organometallo va ad attaccare il carbonio

dell’aldeide e il doppio legame carbonio-

ossigeno ripiega sull’ossigeno (attacco

nucleofilo). A questo punto si aggiunge acqua e

avviene la protonazione dell’anione, formando l’acol.

Quindi a seconda dei reagenti che utilizzo posso avere un alcol 1°, 2°, o 3°:

Addizione nucleofila di CN¯ Il trattamento di un’aldeide o un chetone con NaCN e un 

acido forte come HCl porta all’addizione di HCN al legame

C—O, con ottenimento di una cianidrina. Il meccanismo

coinvolge i soliti due stadi della reazione di addizione

nucleofila: l’attacco nucleofilo seguito da protonazione.

Il gruppo nitrile è facilmente idrolizzato a gruppo carbossilico per riscaldamento della cianidrina

(caratterizzata da un carbonio sp3 che lega un gruppo cianuro e un ossidrile) con acidi e basi acquose.

Questo gruppo carbossilico può poi essere ossidato per riformare un composto carbonilico.

Questa reazione sarà importante anche poi per i carboidrati (Fischer).

Addizione di alcoli— Formazione di acetali

Fin ora abbiamo parlato di nucleofili carichi

negativamente, ora introduciamo le reazioni con

nucleofili neutri. Aldeidi e chetoni reagiscono con

due equivalenti di alcoli per formare gli acetali. La

formazione di acetali è catalizzata da acidi, come

TsOH (acido para-toluensolfonico). Figura 1: N.B. è un equilibrio, per spostare l'equilibrio a destra si utilizza un

eccesso di alcool e si elimina acqua tramite sistemi chimici e fisici. La reazione

inversa si fa in acqua.

Una molecola intermedio tra l’acetale e il composto carbonilico è

l’emiacetale (non forma due legami con due gruppi alcossi, ma un legame con un gruppo alcossi e un

legame con un OH). Nota bene: che gli emiacetali NON sono alcoli e gli acetali NON sono eteri: quando un

composto contiene sia un gruppo OH alcolico sia un gruppo OH emiacetalico ed è trattato con un acido,

solo l’OH emiacetalico reagirà, formando un acetale.

Quando si utilizza un diolo come il glicol etilenico invece dei due equivalenti di ROH, si forma un acetale

ciclico. Come nella formazione di gem-dioli, la sintesi di acetali è reversibile, e spesso, l’equilibrio favorisce i

reagenti. Nella sintesi degli acetali, poichè si forma acqua come sottoprodotto, l’equilibrio può essere

spostato a destra se si rimuove H2O dall’equilibrio non appena si forma. Lo spostamento di un equilibrio

verso destra per rimozione di uno dei prodotti è un’applicazione del principio di Le Châtelier.

Poichè la conversione di un aldeide o un chetone ad acetale è una reazione reversibile, un acetale può

essere idrolizzato ad aldeide o a chetone per trattamento con acidi acquosi. Dal momento che la reazione è

anche un processo di equilibrio, può essere spostato a destra usando un largo eccesso di acqua per

l’idrolisi.

Meccanismo:

Il meccanismo di formazione degli acetali può essere diviso in

due step, il primo dei quali è l’addizione di un equivalente di

alcol per formare un emiacetale. Il primo passaggio può

avvenire sia in ambiente acido (vedi sotto) che basico.

Utilizziamo l’acido per attivare l’elettrofilo, creando una specie

carica positivamente e stabilizzata per risonanza. La carica

positiva starà maggiormente sul carbonio, essendo meno

elettronegativo dell'ossigeno, quindi il centro elettrofilo della

molecola sarà il carbonio. Nel secondo passaggio l'alcol

nucleofilo va ad attaccare con un doppietto dell'ossigeno, il

carbonio il carbonio formando un secondo intermedio carico

positivamente, dove la carica + sta sull’ossigeno. L'ultimo evento veloce è la deprotonazione, dove la base

coniugata dell'acido si riprende un idrogeno e si forma l’emiacetale. -

La Formazione dell’emiacetale può avvenire anche in ambiente basico (invece dell’alcol uso l’RO e tutto

procede come prima), quello che non

si può formare in ambiente basico è

l’acetale: la seconda parte del

meccanismo coinvolge la conversione

dell’emiacetale in acetale e questa

reazione avviene facilmente perchè il

carbocatione che si forma nello stadio

2 è stabilizzato dalla risonanza.

Questo passaggio avviene solo con

catalisi acida perché altrimenti l’OH

non si trasformerebbe in H O e non

2

sarebbe un buon gruppo uscente.

Emiacetali ciclici

Gli emiacetali ciclici a cinque e sei termini sono composti stabili e sono facilmente isolati (li ritroveremo nei

carboidrati), sono formati per ciclizzazione intramolecolare di idrossi aldeidi (hanno sia il carbonile che