Aldeidi e Chetoni

NH CH I

CH CH 2 3

2 2

CH C CH

CH C C C

+

2

3 −

H :

CH CH C CH CH CH C C

3 2 3 2

O

O

O H O

2 CH C CH C C CH

C + 3 2 3

H

CH CH C C CH

3 2 3

Un altro esempio è la seguente reazione di riduzione:

O O OH

O CH C CH CH CH

CH C CH CH C 3 2 2 2

3 2 2 OH

acido 4-oxopentanoico 5-idrossipentan-2-one

Con LiAlH , i chetoni si riducono più facilmente degli acidi carbossilici, quindi per ridurre ad alcol solo il

4

carbossile è indispensabile proteggere il gruppo chetonico trasformandolo in acetale.

OH OH

O O O O O

O CH CH LiAlH −

4

2 2 O

C

CH C CH CH C C

O

+

3 2 2 H

OH CH CH CH C CH CH CH CH

3 2 2 3 2 2 2

OH

O OH

O

O H O

− 2

O CH C CH CH CH

C + 3 2 2 2

H

CH CH CH CH

3 2 2 2

Gli acetali non possono essere preparati in ambiente basico. La reazione procede fino alla formazione del

semiacetale, ma a questo punto l’ossigeno etereo non può trasformarsi in un nucleofilo migliore (non ha un

−

+ +

H da perdere) e quindi non è in grado di spingere OH fuori dalla molecola. L’alcossido può strappare un H

solo dal gruppo OH e questo spinge la reazione indietro.

−

.. −

: : ..

O : : −

O H O

O CH CH O CH CH ..

O 2 3 2 3

Et

H O

CH CH : :

O

2 3 C C

CH C CH

3 3 CH CH

H C H C

CH CH 2 3

3 3

3 3 l'alcossido può strappare

+

semiacetale un H solo dal gruppo OH 5

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Addizione di acido cianidrico

Aldeidi e chetoni possono reagire con acido cianidrico per formare cianidrine.

OH

O pH 10

+ HCN CH CH C N

CH C 3

3 H

acetaldeide 2-idrossipropanonitrile

(cianidrina)

La reazione viene condotta con catalisi moderatamente basica, a pH 10. Il pH deve essere abbastanza alto

−

da generare una quantità sufficiente di ione CN , la specie che fa l’attacco nucleofilo al carbonile, (HCN ha

pKa 10) ma non deve diventare troppo basico per consentire all’alcossido, che si forma durante la reazione,

−

di protonarsi. La reazione si conduce quindi con NaCN a pH 10, al quale si ha 50% di CN e 50 % di HCN, e

si mantiene a pH 10 aggiungendo H SO goccia a goccia.

2 4 − ..

: :

O OH

O CN

H

−

:

CH C CH CH C N CH CH C N

C N

3 3 3

pH 10

H H SO

2 4

goccia goccia

La reazione di sintesi delle cianidrine è facilmente reversibile.

Trattando la cianidrina con metossido di sodio CH ONa, in ambiente quindi decisamente basico, si può

3

spingere a sinistra la reazione mostrata sopra. −

..

−

..

H : :

O O O

:

CH O

.. −

3 :

+

CH CH C N CH C

CH CH C N C N

3 3

3 H

Dato che la reazione delle cianidrine è così facilmente reversibile, può essere usata sia per allungare sia per

accorciare la catena di atomi di carbonio di uno zucchero.

α

Viene anche utilizzata per la sintesi degli idrossiacidi, qui vediamo la sintesi di acido lattico a partire da

acetaldeide. OH OH

O pH 10 H O

2

CH C + COOH

HCN CH CH C N CH CH

+

3 3 3

H

H 2-idrossipropanonitrile acido lattico

acetaldeide (cianidrina) α

Una variante di questa reazione che parte da un cloruro acilico produce invece un ossiacido, qui

vediamo la sintesi di acido piruvico. O O

O pH 10 H O

2

+

CH C COOH

HCN CH C C N CH C

+

3 3 3

H

Cl 2-oxopropanonitrile acido piruvico

cloruro di acetile 6

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Addizione di ammoniaca e derivati

L’ammoniaca e i suoi derivati (ammine primarie e secondarie, idrossilammina, fenilidrazina, ecc.) sono

molecole nucleofile e quindi reagiscono regolarmente con aldeidi e chetoni con una reazione di sostituzione

nucleofila nella quale l’azoto si lega con doppio legame al carbonio e viene espulsa acqua. Si formano gli

analoghi azotati di aldeidi e chetoni.

Aldeidi e chetoni, reagendo con ammoniaca e ammine primarie, formano immine. Il pH della reazione

deve essere intorno a 5, cioè abbastanza acido da permettere di ottenere una sufficiente quantità di aldeide o

chetone con il carbonile protonato, ma non troppo acido perché l’ammina verrebbe trasformata in ione

ammonio che non è più nucleofilo. NH

O pH 5

+ CH C

NH + H O

CH C 2

3 3

3 H

H

acetaldeide etanimmina

NH N CH CH

O 2 pH 5 2 3

CH C

CH CH

+ +

CH C H O

2

3

2 3

3 H

H etanammina

acetaldeide N-etilideneetanammina

Le immine ottenute dall’ammoniaca sono reattive e possono polimerizzare per attacco dell’azoto (che resta

parzialmente nucleofilo) sul carbonile. Queste immine, quindi, vengono fatte reagire immediatamente nello

stesso ambiente di reazione. Con NaBH , per esempio, le immine si riducono ad ammine, oppure per

4

reazione con lo ione cianuro le immine formano le corrispondenti cianammine che possono essere idrolizzate

ad amminoacidi. − NH

NH 2

O NH 2 H O

CN 2 COOH

CH CH

CN

NH CH CH

+

CH C CH C + 3

3 3

3 3 H

H H

acetaldeide etanimmina 2-amminopropanonitrile alanina

(cianammina) (amminoacido)

La sintesi delle immine avviene in due tempi. Prima si ha l’addizione nucleofila dell’ammina all’aldeide (o al

chetone) con formazione di una molecola simile ai semiacetali chiamata carbinolammina, poi questa perde

una molecola d’acqua per formare l’immina finale.

: NH

+ 2

.. + OH

OH

:

O O H CH CH

H +

2 3 NH CH C NH CH CH

CH C CH CH

CH C CH C 3 2 3

3 2 3

3 3

H H H

H H carbinolammina

+

.. +

+

: OH

OH NH CH CH N CH CH

2

H 2 3 2 3

NH CH CH CH C NH CH CH CH C CH C

CH C ..

2 3 3 2 3 3

3 3

H H

H H

carbinolammina N-etilideneetanammina

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Aldeidi e chetoni reagendo con ammine secondarie formano le enammine.

CH

CH

H 3

3

N N CH CH

O pH 5 2 3

CH C

+ +

CH CH H O

CH C 2

2

2 3

3 H

H N-metiletanammina

acetaldeide N-etil-N-metiletenammina

L’azoto dell’ammina secondaria non ha due idrogeni da perdere per formare i due nuovi legami con il car-

bonio, quindi non si può formare un’immina neutra. Quando la carbinolammina, che si forma inizialmente,

perde una molecola d’acqua, si forma uno ione immonio, questo perde la carica positiva attraverso una

tautomeria che produce l’enammina. CH 3

: NH

+

.. + OH OH

:

O O H CH CH

CH CH

H + 3 3

2 3 CH C N CH C N

CH C CH C 3 3

3 3 CH CH CH CH

H H 2 3 2 3

H H H

carbinolammina

CH CH

+

.. 3 3

+

: OH

OH N CH CH N CH CH

2

H CH

CH + 2 3 2 3

3 3

N CH C N

CH C CH C CH C

..

.. 3

3 2 2

CH CH

CH CH tautomeria

2 3 2 3 H H

H H H N-etil-N-metiletenammina

carbinolammina ione immonio

Aldeidi e chetoni reagendo con idrossilammina formano le ossime.

Mentre con fenilidrazina formano i fenilidrazoni.

Queste reazioni sono molto simili a quelle che formano le immine con le ammine primarie.

N OH

O pH 5

+ CH C

NH OH + H O

CH C 2

3

2

3 H

H

acetaldeide idrossilammina etanal ossima

O N NH

pH 5

+ + H O

CH C NH NH CH C 2

3 2 3 CH

CH 3

3 fenilidrazina

acetone acetone fenilidrazone

O N

2

O N

2

O N NH NO

pH 5 2

+ +

CH C H O

NH NH NO CH C 2

2

3 2 3 CH

CH 3

3 2,4-dinitrofenilidrazina

acetone acetone 2,4-dinitrofenilidrazone

I derivati 2,4-dinitrofenilidrazoni sono poco solubili e formano un precipitato cristallino che presenta un

punto di fusione caratteristico e diverso per ogni aldeide e chetone.

Per questo motivo un tempo questa sintesi veniva utilizzata per identificare un’aldeide o un chetone in base

al punto di fusione del suo derivato 2,4-dinitrofenilidrazone.

Oggi si preferisce identificare le molecole organiche per via strumentale con la spettroscopia IR, NMR o di

massa. 8

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Addizione di reattivi organometallici

I reattivi organometallici come i reattivi di Grignard (magnesio organici), i litio organici e gli acetiluri di

sodio reagiscono con aldeidi e chetoni con una addizione nucleofila che forma alcoli superiori. Queste sono

quindi reazioni importanti dal punto di vista sintetico.

Con la formaldeide si ottengono alcoli primari, con le aldeidi si ottengono alcoli secondari, con i chetoni si

formano alcoli terziari. MgBr

O MgBr O OH

H O

etere 2

C CH CH CH CH CH CH CH CH

CH CH CH

+ 2 2 2 3

2 2 2 3

2 2 3

H

H 1-propilmagnesio 1-butanolo

formaldeide 1-butanolato

bromuro magnesio bromuro

MgBr

MgBr O OH

O etere H O

2

+

CH C CH CH CH CH CH CH CH CH CH CH

CH CH CH

3 3 2 2 3

3 2 2 3

2 2 3

H 1-propilmagnesio

acetaldeide 2-pentanolato 2-pentanolo

bromuro magnesio bromuro

MgBr

O OH

O

MgBr etere H O

2

+

C CH C CH CH CH

CH C CH CH CH

CH CH

CH 3 2 2 3

3 2 2 3

2 3

2

H C CH CH

CH

3 3 3

3

acetone 1-propilmagnesio 2-metil-2-pentanolato 2-metil-2-pentanolo

bromuro magnesio bromuro

I reattivi litio organici si comportano in modo analogo ai magnesio organici. Qui vediamo la sintesi di un

β-γ

alcol insaturo. Li

Li O OH

O H O

etere 2

+ CH CH CH

CH CH CH CH CH

C 2 2

2

H

benzaldeide 1-fenil-2-propen-1-olato 1-fenil-2-propen-1-olo

vinillitio litio

Gli acetiluri si sommano ad aldeidi e chetoni producendo alcoli acetilenici. La reazione è del tutto analoga a

quella dei reattivi di Grignard e litio organici. MgBr

O OH

O H O

etere 2

C CH C C CH CH C C CH

+ Na CH

C C 2 3

2 3

3

H H 1-propinilsodio

formaldeide 2-butin-1-olato 2-butin-1-olo

magnesio bromuro

Il meccanismo di reazione consiste in un attacco concertato dell’ossigeno