Appunti di Lezione di Chimica Organica Parte 2

Reattività degli esteri solfonati

I tosilati (R-OTs) e i mesilati alchilici (R-OMs) hanno circa la stessa reattività degli

alogenuri alchilici

Infatti i bromuri, ioduri e cloruro erano dei buon gruppo uscenti

Hanno la stessa reattività dei bromuri alchilici R-OTs = R-OMs = R-Br

Se sono dei buon gruppo uscente uscenti, possono dare le stesse reazioni che

davano gli alogenuri alchilici

Subiscono reazioni di sostituzione ed eliminazione:

ALCOL

SOSTITUZIONE TRASFORMATO IN SNZ

UNTOSILATO

VIÈNE ATTACCATO

DAL NUCLEOFILO

13 ELIMINAZIONE

- BASE INGOMBRANTE F- 2

H

l'

STRAPPA

trifluorometansolfonato

L’estere è molto reattivo:

TRIFLATO

> È la base coniugata di un acido forte

(pKa=-15)

C’è la stabilizzazione della base

- coniugata dovuta a residui di carica

opposta perché ha tre atomi di fluoro

Si usano le anidridi (derivano dalla condensazione di due molecole acide)

BASE PER

TAMPONARE TRIFLATO

ACIDOTRIFICO

l'

ANIDRIDE

TRITTRICA TRIFLATI

ANIDRIDI >

Agenti alchilanti

Sono dei reagenti che sono in grado di trasferire un gruppo alchilico a un nucleofilo

Un alogenuro alchilico è un buon agente alchilante perché reagiscono anche

velocemente

Sono esteri dove sono coinvolti acidi forti inorganici

SOLFATO

DIMETIL =

AGENTE

FORTE

ALCHILANTE È

Reazioni degli alcoli con 50oz a-

cloruro di tionile

Un alcol si vuole convertilo in cloruro lo si tratta con il ce

-

TAMPONA

> ACIDO

ALCOL CLORURO

Meccanismo: O

RCHEHE.si?clsRCHzo--st-ce

- s

the

0

0 "

R-CHrjjs-cl.CI Ha

Ratio S ce

>

> +

-

-

-

È RESO

STATO IL USCENTE

GRUPPO

MIGLIOR

SOCl2 trasforma il gruppo ossidrilico dell’alcol in un buon gruppo uscente e,

contemporaneamente, fornisce il cloruro nucleofilo

PBR

Reazioni degli alcoli con }

Si trasforma l’alcolo nel bromuro

Un metodo analogo per preparare R-Br fa uso di tribromuro di fosforo (SOBr2 è

estrememente instabile quindi di utilizza un altro reagente)

Il tribromuro di fosforo può essere utilizzato con gruppi sensibili agli acidi (come con

doppi legami)

È molto meno probabile che ci siano riassestamenti (come invece succede con HBr)

Meccanismo:

L’alcol attacca direttamente il Il bromuro attacca il carbonio del

fosforo, ed esce un bromuro alcol, ed esce il gruppo uscente

Riassunto dei metodi per la conversione R-OH alcol in R-X alogenuro

o Reazione con alogenuri d’idrogeno (HX) = si usa un acido forte e quindi sono

probabili prodotti di riassestamento

o Formazione di esteri solfonati seguita da Sn2 con uno ione alogenuro = tosilati,

mesilati e triflati

o Reazione con SOCl2 o PBr3 primari

Riassunto dei metodi per la conversione R-OH alcol in R-X alogenuro

o SOCl2 (migliore)

o HBr o PBr3 = l’utilizzo di PBr3 evita condizioni di reazione estremamente acide e/o

riassestamenti, quindi meglio utilizzare PBr3

o HI o KI con H3PO4 secondari

Riassunto dei metodi per la conversione R-OH alcol in R-X alogenuro

o SOCl2 o PBr3 (se l’alcol non deve essere ingombrato sul carbonio in beta)

o HBr (aumenta il rischio di trasposizioni)

o Funziona bene anche il metodo dell’estere solfonato seguito da SN2 con uno ione

alogenuro (meglio in solvente polare aprotico, perchè gli anioni in solventi aprotici non

sono ben solvatati e quindi è più nucleofilo) terziari

Riassunto dei metodi per la conversione R-OH alcol in R-X alogenuro

o Per gli alcoli terziari la reazione con alogenuri d’idrogeno (HCl, HBr, HI) è efficace

o Il metodo dell’estere solfonato non funziona perchè i derivati degli alcoli terziari non

subiscono reazioni con meccanismo SN2

Semireazioni e numero di ossidazione

Ossidazione: una reazione in cui si perdono elettroni

Riduzione: una reazione in cui si guadagnano elettroni

Ogni ossidazione deve essere accompagnata da una riduzione (e viceversa)

Semireazione: la parte di ossidazione o riduzione ma non entrambe, è una delle due parti

Numero formale di ossidazione

1. Ogni legame semplice contribuisce al numero di ossidazione formale con +1 all’atomo

meno elettronegativo e -1 all’atomo più elettronegativo (perché prende gli elettroni).

Un legame doppio contribuisce al numero di numero di ossidazione formale con +2

all’atomo meno elettronegativo e -2 all’atomo più elettronegativo.

Legami tra atomi uguali contribuiscono 0.

2. Si sommano i contributi di tutti i legami assegnando così all’atomo un numero di

ossidazione formale

3. Considerare gli atomi che cambiano numero di ossidazione

Differenza positiva = ossidazione

Differenza negativa = riduzione

Non c’è differenza = elettroneutra +7

+1

0

0 -1 -1 -1 -1

o O

è una reazione di ossidazione

Agenti ossidanti e riducenti

Se un composto organico è ossidato, il reagente che promuove la reazione è un

agente ossidante. Quindi il reagente ossida e intanto si riduce

Se un composto organico è ridotto, il reagente che promuove la reazione è un

agente riducente. Quindi il reagente ride e e intanto si ossida

Ossidazione di alcoli ad aldeidi e chetoni

Reagenti a base di Cr+6 sono efficaci nel promuovere la conversione di alcoli in

composti carbonilici È AVVENUTA

0 STATO -12

STATO >

+1 REAZ DI OSSIDAZIONE

j -

O -1 ◦ CHETONE

SECONDARIO

ALCOL 0

OH è

c' Diventa

H -12

V. D. =

N.0.IO Questa reazione è specifica per il gruppo

ossidrile, infatti non tocca il doppio legame

Gli alcoli primari reagiscono a dare aldeidi, ma, se è presente acqua, le aldeidi

sono ossidate ulteriormente PERCHÉ RIMANE

> "

UN STATO -13

STATO -7 +2

ALDEDE

-11 +1

-2

0 o

LI SI

NON FERMA

PERDONO

SI RIMANESOLOH ALDEIDE

AD

> A

VA FINO

> CARBOSSILICO

ACIDO

Questo succede perché H2O provoca la formazione del aldeide idrata che possono

così essere ossidate come un alcol secondario

OSSIDATA

VIENE

>

Quindi:

Secondari = chetoni

Primari = aldeidi e poi acido carbossilico, ma non si riesce a fermarsi ad aldeide

PPC,

Il composto che è in grado di fermare l’ossidazione ad aldeide è il un solvente

organico e quindi privo di acqua piridinio clorocromato

complessata

è CONTROIONE

>

r

DA

:

ALCOL ALDEIDE

ÉINASSENZA

ACQUA

DI

Gli alcoli terziari non possono venire ossidati, perché servirebbe un legame in più per

fare il doppio legame con l’ossigeno

Quindi il carbonio alfa deve avere almeno legato un idrogeno

Meccanismo delle ossidazioni con Cr(VI)

Il primo stadio della reazione coinvolge uno spostamento di acqua catalizzato da acidi

VIENE ACQUA

ELIMINATA

ALCOL

NUCLEOFILO CRONICO

ACIDO CROMICO

ESTERE

_- -eliminazione

Dopo la protonazione, avviene una (E2): PROTONATA

FORMA ESTERECROMICO

DEL

a

" \ CHETONE

Fosse

SENONC /

ACQUA > POTEVA

STATO NON

/

CATALIZZA UNA 3- EUM

LA /

avvenire

B- ELIMINAZIONE ≤

Ossidazione di alcoli primari ad acidi carbossilici

Oltre al metodo utilizzato sopra, si può utilizzare permanganato di potassio (KMnO4)

in soluzione alcalina, nel caso si voglia lavorare in ambiente basico

FORMAZIONE DEL

IDRATA

ALDEIDE

> PER

SERVE

È L' ACQUA

C'

PRIMARIO ACIDIFICARE

>

ALCOL ALDEIDE ACIDO

CARBOSSILICO

Passa subito a acido carbossilico, non riesce a isolare l’aldeide

0

O 0 Non è una reazione di

+20

o ossidoriduzione, perché non cambia

° o il numero di ossidazione

+1 +1 o

+2 +2

Ossidazione dei tioli

Diversamente dagli alcoli, ad ossidarsi è lo zolfo e non il carbonio che lega il gruppo alcolico

Quindi lo zolfo cambia numero di ossidazione +2+7

◦ + 2 +5

Cris

Sono considerati con la stessa elettronegatività

Vari agenti ossidanti possono essere utilizzati per preparare acidi solfonici da tioli o

disolfuri, tra cui l’acido nitrico

Si può utilizzare anche KMnO4

I disolfuri si possono preparare per ossidazione dei tioli con Br2, I2 in ambiente basico,

o lasciandoli semplicemente all’aria (O2)

Basico

-7 INAMB

CON :

- ' SIOSSIDA

Bra

CON : solfuri

glicoli

epossidi,

eteri, e

di

chimica

La

Sintesi degli eteri di Williamson

Certi eteri (non tutti) possono essere preparati da alogenuri alchilici e alcoli (tramite

trasformazione in alcossidi) ALCOSSIDO

BASE

ALCOL FORTE

SECONDARIO ALOGENURO

I solfuri possono essere preparati in modo analogo

SIPUOUSARELASODA

tal , pka -14 SOLFURI

TIOLATO TIOSILATO

Alcol + base forte —> Alcossido + alogenuro alchilico —> Etere

Lo stadio chiave è una reazione Sn2, che è soggetta a tutte le limitazioni inerenti a

questo meccanismo, quindi si fa fatica a far reagire un alogenuro terziario

Si possono applicare due diversi approcci sintetici:

CH } CHSCHZ SI LO

OTTIENE

CH CHZ CH

> } COMPOSTO

STESSO

La combinazione migliore è quella che prevede l’utilizzo dell’alogenuro alchilico (o

solfonato) più reattivo

Perché si vuole scegliere la reazione che viene di più, essendo più reattiva

Quindi si sceglie un alogenuro alchilico primario

Gli alogenuri arilici non danno Sn2

È

QUESTA

QUELLA GIUSTA

Alcossimercuriazione-riduzione degli alcheni

Questa è una variante della reazione di ossimercuriazione-riduzione (che serviva per

convertire un alchene in alcol) in cui si utilizza un alcol al posto di acqua

ACQUA NUCLEOFILO

ALCOL -_ ETERE

Alchene —> Alcol —> Etere

Da alcol a eteri

Si possono utilizzare alcoli terziari con acidi diluiti in solventi alcolici (solvolisi, SN1)

Perché si sfrutta l’Sn1, quindi si utilizza un alcol terziario, l’acido protona il gruppo

alcolico e lo rende un migliore gruppo alcolico ETERE

SOLVONIS '

REAGÈNTEÉANCHE

ALCOL IL SOLVENTE

L’alcol in eccesso non deve poter formare (o deve formare molto lentamente) un

carbocatione, perché se no possono avvenire reazioni collaterali

Può venire protonato dall’acido e

dare il carbocatione terziario

Htldaltzsoa CH CH

) }

> }

/

Hsc I

" 1

IIC

, CH

C

Hf

Che

C- CH

C

Hf

'

CH >

> - }

- -

- }

} -

È 1 I

sett OCH

H

- }

+ .

.

CH H ' alcol

C' l' +

E

} ( 0h2

ABBONDANZA H

IN -1 }

Ossidazione degli alcheni

Gli acidi perossicarbossilici (o peracidi) ossidano gli alcheni direttamente ad epossidi (eteri

ciclici) PEROSSILICO

PONTE EPOSSIDO acido

PER ACIDO

ALCHENI CARBOSSILICO

BENZOICO

CLOROPEROSS

M /

ACIDO -

Alcheni + Peracidi —> Epossido + Acido carbossilico

Meccanismo:

Ipotizzate un meccanismo a più stadi (che non è quello reale)

SPACCA IL

251 PEROSSILICO

- PONTE FORMAZIONE

DIUNCARBOCAT

USCENTE

GRUPPO

f- Attacco

NUCLEOFILO CÌRBOSSILATO

È DEBOLE

BASE

UNA

= "

BUON GRUPPO

USCENTE DEPROTONATO

VIENE

DAL CARBOSSILATO

È FORMA

ATTACCATO L' EPOSSIDO

INTRAMOLECOIAR PROTONATO EQUILJPOSTATO

DESTRA

A

Il meccanismo effettivo è concertato:

2

y

La reazione è una addizione syn stereospecifica

L’epossido di forma sotto o sopra il piano, quindi non si formano tutti gli stereoisomeri

TRANS TRANS HANNO CONF

OPPOSTA

CIS cis

Ciclizzazione delle aloidrine

Gli epossidi si possono preparare anche attraverso il trattamento di una aloidrina con basi

SODA

UNÀREAZ

È /NTRAMOL .

.

BENE

QUINDI VA

Meccanismo:

ALOIDRINA EPOSSIDO

Il meccanismo di formazione delle aloidrine prevede un attacco da retro (SN2):

POSIZIONANO

SI ANTI

IN

Essendoci un legame C—C semplice può avvenire la rotazione del legame

Le aloidrine derivanti da composti ciclici, per poter formare l’epossido, devono essere in

grado di assumere la disposizione anti attraverso un cambiamento conformazionale:

COMPOSTO

PIÙ STABILE Compito

Tramite l’inversione della sedia,

riescono ad essere in anti

Reattività degli eteri

Sono poco reattivi, infatti li usiamo come solventi in chimica organica

Gli eteri non reagiscono con nucleofili, per dare Sn2, per la stessa ragione per cui gli

alcoli non reagiscono, perché OH- è un pessimo gruppo uscente allora anche RO- è

un pessimo gruppo uscente BAÌE FORTE

Scissione degli eteri

Si possono trattare gli eteri con acidi alogenidrici (HI o HBr), scandando molto, si riesci a

scindere l’etere in alcol e alogenuro alchilico

-

Meccanismo: PROTONA

acido

OSSIGENO DEL

L' ETERE È Sn2

ESCE ALCOL

Gli eteri con gruppi alchilici terziari regiscono in condizioni più blande (HI o HBr diluiti

o CF3COOH) ACIDI DILUITI

TRIFLUORO ACETICO PROTONA

si PONTE ETEREO

IL FORMA UN

SI

SIDEPROTONA ~ CARBOCATIONE

CONCF COOH

> TERZIARIO

È una classica SN1

Con CF3COOH prevale E1

base poco nucleofila rispetto lo ioduro

> scissione degli eteri ROH + HX

Confronto tra e

SIPROTONA OSSIGENO

L'

PROTONA

Si

GRUPPO OSSIDRILICO ETEREO

PONTE

DEL

e DIVENTA MIGLIOR

GRUPPO USCENTE GRUPPO

alcol

e USCENTE

Entrambi portano alla formazione di un alogenuro alchilico

Da una parte c’è l’acqua e dall’altra l’alcol

CARBOCATIONE

SIFORMAIL ALOGENO

L'

ENTRAVA

POI

e ( )

Sri

Apertura degli epossidi in condizioni basiche

Gli epossidi possono essere aperti con nucleofili

Voglio che un nucleofilo reagisca con un alchene, ma non dovrebbe essere possibile

perché il nuclefilo è il doppio legame del alchene

Però possiamo convertire un alchene in un epossido, e quindi poi il doppio legame

reagisce con il nucleofilo

L’epossido è molto tensionato e quindi non vede l’ora di aprirsi

Quindi basta avere un nuclefilo per farlo aprire È

ALCOL NON GRUPPO

> ABBIAMO

ABBASTANZA Nucleofilo DUE

ossidrilico

NUCLEOFILO FUNZIONALI

GRUPPI

ETERE

Questo funziona bene per eteri ciclici fini a 4 termine, ma gli eteri aciclici e gli eteri ciclici

≥ 5 termini non reagiscono con nucleofili perché non c’è abbastanza tensione di anello

Meccanismo: PROTONAZIONE DELO -

DAALTROALCANOLATO

-

E

MENO Stereochimica:

INGOMBRANTE RETRO

MENOALCHILSOST) DA

ATTACCO

( > ALCOLATO

=

In un solo passaggio avviene una reazione Sn2 (c’è inversione di

configurazione) dove si attacca il nucleofilo e esce il gruppo uscente

Per epossidi asimmetrici (diversamente sostituiti ai due C), il nucleofilo preferisce

attaccare il carbonio meno ingombrato, in ambiente basico

ALL' AZOTO

Si possono utilizzare molti nucleofili (-OH, -OR, -SR, NH3, -CN, RMgX, -H)

c' ANUR

ALL'OSSIGENO ALCOLATI ' GRIGNARD

" ALC

SONO NUCLEOFILI

Si possono sintetizzare vari composti: ATTACCARE

POSSONO

e EPOSSIDI

GLI

NITRILE

IDROSSITIOETERE

GLICOLE ALCOL

IDRURO

CON

ALCOL

AMMINO

ETERE QUELL

GRIGNARD '

CON infisso

Apertura degli epossidi in condizioni acide

Succede l’opposto perché il nucleofilo attacca il carbonio più alchilsostituito

Il primo passaggio in ambiente acido è la protonazione dell’atomo di ossigeno, e

quindi si avrà un epossido protonato

Quindi si attacca il carbonio più alchilsostituito perché la carica positiva sta meglio lì

PIÙ ALCHILSOST

[

ACIDA

CATALISI

ALCOL ?

NUCLEOFILO ,

PERCHÉ nucl

FORMA

SI

PROTO

L' NATO

ETERE

È PIÙ

CHE NUCLEOFILO

PARTENZA

DI

ETERE

DEL

Epossido protonato = serve per aprirlo un nucleofilo forte (alcanolato)

Epossido protonato = basta un alcol (nucleofilo più debole)

La tensione d’anello fa in modo che questa rottura avvenga in condizioni più blande

di quelle di un etere normale

Meccanismo: St si ATTACCA QUI

Nu -

il

È PROTO NATO

ALCOL ACIDO

DALL' PROTO NATO

EPOSSIDO

PROTO

ALCOL NATO

All'

DA EPOSSIDO

L' H

Se si ha un epossido con un carbonio terziario (senza H) e con un carbonio primario

(ha 2H) = si ha, in maniera regioselettiva, la formazione di un prodotto principale

Se si ha invece un carbonio secondari e un carbonio primario = si ha una miscela di

prodotti: Il nucleofilo attacca meglio il carbonio primario,

> perché siamo in ambiente acido

Meno sostituito = amb basico

Più sostituito = amb acido

Dal punto di vista stereochimico, l’attacco del nucleofilo avviene con inversione di

configurazione: NOI

A

DAVANTI ETEREO

> PONTE

il ATTACCO

NUCLEOFILO

>

- DA RETRO

NUCLEOFILO

> DIOLI

TRANS (È un esempio di