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Chimica Organica 1

Appunti di chimica organica 1 basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof. Mantellini dell’università degli Studi Carlo Bo - Uniurb, facoltà di Farmacia, Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Chimica organica I docente Prof. F. Mantellini

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ESTRATTO DOCUMENTO

Gli Alcoli hanno come gruppo ossidrile -OH. La presenza del gruppo OH fa si che gli alcoli

siano composti polari, con una δ+ sul carbonio e un δ- sull’atomo di ossigeno. Gli alcoli sono

caratterizzati da legami idrogeno, una forte interazione dove si ha l’idrogeno legato ad un atomo

elettronegativo e il doppietto elettonico non condiviso di un altro atomo ad alta elettronegatività. Gli

alcoli hanno punti di ebollizione molto alti poiché é necessaria più energia per vincere la forza di

attrazione dei legami idrogeno tra i gruppi polari OH. Sono solubili in acqua , ogni gruppo OH porta

in soluzione 4 atomi di carbonio .

Gli alcoli possono comportarsi come basi deboli o come acidi deboli , hanno un pKa di 16.

Il gruppo OH reagendo con una base forte come NaNH2 forma lo ione alcossido . Inoltre il gruppo

OH non è un buon gruppo uscente , ma reagendo con protoni e caricandosi positivamente da

luogo a O+H2 che è uno dei migliori gruppi uscenti aprendo strada a reazioni di sostituzione e

eliminazione.

REAZIONI

1) Reazioni con metalli attivi

Reagiscono con Li,Na,K liberando l’idrogeno e formando alcossidi metallici.

2) Reazione con acidi alogenidrici

Alcol terziari reagiscono velocemente con HX attraverso una reazione SN1 mentre gli alcoli primari

reagiscono attraverso un meccanismo SN2. Queste reazioni possono avere delle trasposizioni per

passare da un carbocatione meno stabile a uno più stabile.

3) Reazione con tribromuro di fosforo PBr3

Reazione dove il gruppo OH viene sostituito da Br

4) Reazione con Cloruro di tionile SOCl2

Il gruppo OH viene sostituito da Cl.

5) Reazione con TsCl (tosil cloruro) attraverso sostituzioni di esteri solfonici.

Rendo il gruppo OH un buon gruppo uscente in modo tale da poter essere attaccato da un

nucleofilo

6) Disidratazione di alcoli catalizzata da acidi

Avviene la protonazione del gruppo OH che poi si stacca formando acqua e genera un

carbocatione (che può subire trasposizioni ) che cede un protone per formare l’alchene ( segue la

regola di Zaitsev).

7) Trasposizione pinacolica

Avviene quando si tratta gli glicoli con acidi , questa reazione comporta la disidratazione del glicoli

a chetone . Un OH si protona, si stacca e forma un carbocatione, avviene una trasposizione e si

forma un chetone nel carbonio dove c’è l’altro OH.

8) Ossidazione di un alcol primario ad acido carbossilico

Attraverso l’acido cromico H2CrO4 o reattivo di Jones condotta in acetone.Con questo reattivo il

mio alcol prima di ossida ad aldeide, poi con la presenza di acqua diventa acido carbossilico.

9) Ossidazione di un alcol secondario a chetone

Un alcol secondario viene ossidato a chetone trattandolo con H2CrO4,CO2Cl,DMSO,Et3N.

10) Ossidazione di un alcol primario ad aldeide

Per ossidare un alcol primario e fermare l’ossidazione ad un’aldeide si usala PCC (clorocromato di

piridinio) che non essendoci l’acqua la mia ossidazione non va avanti.

11) Scissione ossidata di un glicole

L’ossidazione avviene grazie all’acido periodico HIO4 che reagisce con un glicol per dare una

scissione C-C e formare due gruppo carbonilici.

I tioli hanno il gruppo funzionale -SH .Le caratteristiche dei tioli colpiscono poiché emanano uno

sgradevole odore. Nei tioli il legame S-H è apolare e l’associazione tra molecole dovute alla

formazione di legami ad idrogeni è trascurabile , infatti hanno punti di ebollizione e fusione minore

degli alcoli ma sono molto più acidi degli alcoli.

REAZIONI

1)Preparazione tioli

Vengono preparati usando alogenuri alchilici primari e NaOH e H2S

2) Acidità

La maggiore acidità dei tioli rispetto agli alcoli deriva dal fatto che lo zolfo è più grande

dell’ossigeno ciò comporta che la carica negativa sullo ione RS- viene delocalizzata su un area più

larga e quindi questo ione la gestisce molto meglio ( più stabile) rispetto RO-

I tioli reagiscono con una base tipo NaOH che strappa l’H e forma lo ione RS-Na+ ( un sale

alchilsolfuro).

Gli eteri hanno come gruppo funzionale un atomo di ossigeno legato a due carboni R-O-R.

L’ossigeno con i due carboni forma due rispettivi legami sigma e ha due coppie di elettroni non

condivise. Gli eteri sono molecole polari in cui l’ossigeno ha una parziale carica negativa e il

carbonio una parziale carica positiva.Tuttavia allo stato liquido nonostante siano polari si esercita

tra le molecole di un etere delle piccole e deboli interazioni dipolo-dipolo. I punti di ebollizione sono

molto più bassi degli alcoli e molto simili a quelli degli idrocarburi.

REAZIONI

1) Sintesi di Williamson

Consiste in una reazione di sostituzione SN2 partendo da alogenuri alchilici primari fatti reagire

con alcossidi. Se si usa alogenuri alchilici secondari la reazione entra in competizione con la β

eliminazione, mentre con alogenuri terziari la reazione fallisce completamente.Questa sintesi può

anche avvenire intramolecolare se si ha una molecola contenente un alogenuro e un gruppo

ossidrile.

2) Preparazione di eteri alchil-aromatici

Si formano facendo reagire un fenolo con un cloruro di allile. Dove il fenolo perde l’H e si carica

negativamente l’O che comportandosi da nucleofilo attacca il carbonio dove é legato l’alogenuro e

forma il nuovo legame.

3)Idrogenolisi di eteri benzilici

Gli eteri benzili ( ossia un benzene con un etere attaccato) sono gli unici ad essere scissi in

condizioni di H2 Pt idrogenazione catalitica e sono usati come protettori di alcoli e fenoli.

4) Sintesi eteri attraverso disidratazione degli alcoli

Le molecole di alcol possono essere disidratate con acidi ad alte temperature formando una

molecola di etere simmetrica. ( Protonandosi il gruppo OH di una molecola di alcol, si stacca e il

carbocatione che forma viene preso dal doppiato libero che l’ossigeno di un altra molecola di alcol

formando un etere simmetrico.) La disidratazione degli alcoli è utilizzabile solo con alcol primari

perché con i secondari ed i terziari l’eliminazioni diventa competitiva.

5) Sintesi tramite addizioni di alcoli ad alcheni

Gli alcoli possono essere addizionati al doppio legame carbonio-carbonio di un’alchene per

formare un etere affinché il carbocatione che si forma nell’alchene sia stabile.

6) Scissione acido catalizzata con HX concentrato

Quando gli eteri reagiscono con HBr o HI il legame C-O viene rotto e si forma un alogenuro

alchilico e un alcol, in presenza di un eccesso di acido la molecola di alcol viene anch’essa

trasformata in un alogenuro. Se gli eteri sono attaccati ad un benzene l’OH che rimane sull'anello

non viene sostituito dall’ alogenuro. Gli eteri primari danno scissione attraverso un meccanismo

SN2 mentre i terziari, benzilici, allilici attraverso un SN1.

7) Silil eteri come gruppi protettori degli alcoli

Se in un composto organico sono presenti due o più gruppi funzionali che possono dare entrambi

reazioni in determinate condizioni, si ricorre all'uso di gruppi protettori che hanno lo scopo di

prevenire la reazione del gruppo che si protegge. Un buon gruppo protettore devi legarsi

facilmente al gruppo da proteggere, Resistere alle condizioni direzione staccarsi facilmente a fine

reazione. I silil eteri sono degli ottimi gruppi protettori degli alcoli, un’alcol fatto reagire con

Si(CH3)4 e un’ammina terziaria che catalizza la reazione porta alla formazione di un silil etere.

Il gruppo protettore può essere rimosso con lo ione fluoruro (TBAF) , la rottura del legame O-Si fa

allontanare il gruppo protettore e formare nuovamente il legame O-H .

Gli Epossidi appartengono alla classe degli eteri, sono trattati separatamente poiché hanno

una reattività chimica differente poiché hanno un'elevata tensione d’anello e quindi una grande

reattività .

REAZIONI

1) Sintesi degli epossidi a partire dalle aloidrine

Partendo dagli alcheni con cloro e bromo in acqua si forma un aloidrina , si aggiungi una base che

strappa l’H del gruppo OH e va a chiudere l’anello facendo uscire il Cl/Br formando un epossido.

2) Sintesi partendo da alcheni con trattamento con peracidi.

La reazioni con peracidi portano alla formazione di un epossido .

3) Epossidazione asimmetrica di Sharpless

Si parte da alcol allilici primari catalizzati dal titanio con terz-butil idroperossido.

4) Apertura dell'anello acido catalizzata

In presenza di un catalizzatore acido gli epossidi possono aprire il loro anello. L'ossigeno si

protona caricandosi positivamente rompendo il legame C-O e formando un carbocatione che

viene neutralizzato dalla molecola d’acqua. Reazione Anti. Nella reazione di apertura di un

epossido in ambiente acido, il carbocatione che si forma (se il mio epossido non è simmetrico)

sarà quello più stabile e l'attacco nucleofilo avverrà preferenzialmente su quel carbonio. La

stereochimica delle reazioni di apertura catalizzata è come quella delle SN2. Regiochimica : SN1

5) Apertura nucleofila dell'anello (anche attraverso una base tipo NaOH)

Normalmente gli eteri non reagiscono con i nucleofili, al contrario gli epossidi a causa della loro

tensione d'anello sono facilmente apribili con un nucleofilo, esso attacca il carbonio facendo

rompere il legame C-O . L'importanza degli epossidi risiede nell'elevato numero di nucleofili che

sono capaci di dare luogo alle reazioni di apertura, nella serie di combinazioni di gruppi funzionali

che da essi possono essere ottenute. Possono reagire con lo ione acetiluro, NH3, CN-, RSH-,

H2O/H+, organolitio.

6) Riduzioni degli epossidi

Gli epossidi possono essere ridotti con LiAlH4 ad alcoli formando il gruppo OH nel carbonio più

stabile.

7) Epossidi in un ciclo

Se abbiamo un epossido in un ciclo esso può formare uno glicole reagendo con H2O e H+ con

una stereoselettivita anti.

“Come l’epossido anche l’epicloridrina è un importante composto nella chimica organica esso è

formato partendo da un propene fatto reagire a 500C con una molecola di Cl2. Dopo di che si

tratta il prodotto con Cl2 e H2O e infine aggiungendo una base ( Ca(OH)2) si forma l’epossido”.

I Solfuri sono dei gruppi funzionali —S— .

REAZIONI

1) Sintesi solfuri simmetrici

Sono preparati per trattamento con una mole di Na2S e due moli di alogenuro alchilico. La stessa

reazione può essere preparata per formare solfuri ciclici.

2) Sintesi solfuri asimmetrici

I solfuri asimmetrici sono preparati facendo reagire il sale sodico di un tiolo R—S-Na+ con un

alogenuro alchilico.

3) Ossidazione

Un solfuro fatto reagire con un perossido come l’acqua ossigenata al 30% e a temp. ambiente

conduce al solfassimo (S=O). Possono anche essere ossidati con NaIO4.

I composti organometallici sono composti che hanno un legame covalente polare tra

un atomo di carbonio ed un metallo, dove il metallo ha una parziale carica positiva e il carbonio

una parziale carica negativa che quindi può facilmente reagire con elettrofili. Sono molto facili da

preparare e utilissimi nelle reazioni organiche. I reattivi di Grignard sono preparati per addizione di

un alogeno e magnesio. I bromuri sono i comuni materiali di partenza per formare un Grignard.

I derivati organometallici possono comportarsi da basi (reagiscono con acidi) con i seguenti gruppi

funzionali:

Ammine primarie e secondarie, alchini terminali, alcoli, acqua, fenoli, tioli, acidi carbossilici.

REAZIONI

1) Sintesi Grignard

Alogenuro ( maggiormente Br) + Mg in etere forma C—MgBr.

2) Composti organometalli di Litio

Vengono preparati per trattamento di un alogeno con due equivalenti di litio metallico . Questi

composti sono molto reattivi come nucleofili e si comportano anche da basi .

3) Preparazione reattivi di Gilman

Una delle più grandi utilizzazioni dei reagenti di Litio è nella preparazione dei reattivi

diorganocuprati chiamati reattivi di Gilman . Questi composti vengono preparati per trattamento di

un alchil- aril- alchenillitio con ioduro di rame in THF o dietil etere .

I reattivi di Gilman sono due gruppi organici associati allo ione rame (I) che fornisce una specie

carica negativamente mentre lo ione Litio funge da controione.

I reattivi di Gilman servono per la formazioni di nuovi legami carbonio-carbonio, allungando la

catena di carbonio .

4) Reazione con epossidi

L’anello dell’epossido essendo caratterizzato da una forte tensione angolare da reazioni di

apertura dell’anello con una serie di nucleofili come i reattivi di Grignard che attaccano il carbonio

elettrofilo e ottengono un alcol con una catena carboniosa più lunga rispetto all’inizio.

Anche i reattivi di Gilman possono comportarsi da nucleofili attaccando il carbonio elettronico

meno sostituito e permettendo l’apertura dell’anello formando alcoli.

5) Trattamento di un reattivo di Gilman con un alogenuro alchilico , acrilico o alchenilico.

L’accoppiamento di un reattivo di Gilman con alogenuri provoca la formazione di nuovi legami

carbonio-carbonio.

Carbeni e carbenoidi

I carbeni è una molecola neutra nella quale un atomo di carbonio contiene solo sei elettroni e sono

altamente reattivi e si comportano sia da nucleofili che da elettrofili. La molecola più semplice è

ICH2 preparata da scissione del diazometano . Nella maggior parte degli carboni il carbonio è

ibridato sp2.

1) Reazione di Simmons-Smith

CH2I e Zn(Cu) in dietil etere reagisce con un ampia varietà di alcheni formando ciclopropani e

liberando ZnI2.

Composti carbonilici sono due grandi classi di composti , la prima classe ha solo atomi

di carbonio e idrogeno legati al gruppo carbonilico —> aldeidi e chetoni

la seconda contengono anche un atomo elettronegativo —> acidi carbossilici e derivati.

Il gruppo carbonilico è formato da un legame sigma e un legame pi greco con l’ossigeno.

Aldeidi é un gruppo carbonilico legato ad un atomo di idrogeno e un atomo di carbonio , l’aldeidi

più semplice è la formaldeide (lega due idrogeni).

Chetone é il gruppo carbonilico legato a due atomi di carbonio e il chetone più semplice é propone

(acetone).

In questi due gruppi funzionali l'ossigeno ha una carica negativa poiché è più elettronegativo del

carbonio con carica positiva, pertanto il doppio legame carbonio ossigeno è polare.

Aldeidi e chetoni sono composti polari e allo stato liquido danno interazioni dipolo dipolo.

Una delle reazioni più importanti di questo gruppo è l'addizione di un nucleofilo per formare un

composto tetraedrico di addizione al carbonilico, l'atomo di carbonio è molto elettrofilo a causa

della sua carica positiva ed è capace di formare un nuovo legale rompendo il suo doppio legame

con l'ossigeno. Queste reazioni sono chiamate addizioni nucleofili aciliche. Un altro tipo di reazione

al gruppo carbonilico è la reazione con un protoni, la protonazione aumenta la carenza di elettroni

del carbonio e lo rende ancora più reattivo verso i nucleofili. Alla base in questi due reazioni

vediamo quali nucleofili attaccano I seguenti gruppi funzionali.

Importante ricordare che le aldeidi sono più reattive dei chetoni verso i nucleofili per ragioni

steriche e elettroniche poiché la carica δ+ che ha il carbonio di un chetone è meglio stabilizzata dai

due carboni che lega mentre nelle aldeidi la carica δ+ del carbonio è stabilizzata solo da un

carbonio che lega.

REAZIONI

1) Sintesi aldeidi

Le aldeidi possono essere preparate per ossidazione di alcoli primari con PCC , attraverso la

riduzione di esteri e nitriti con DIBAL-H e cloruri acidi con LiAlH4 oppure per idratazione attraverso

idroborazione di alchini terminali e applicando poi tautomeria .

2) Sintesi chetoni

I chetoni possono essere preparati per ossidazioni di alcoli 2 con acido cromico , per reazione di

cloruri acidi con organocuprati, per acilazione di F-C, per idratazione di alchini interni con

idroborazione e poi tautomeria e infine per idratazione di alchini terminali con HgSO4/H+ poi

tautomeria.

3) Nucleofili che attaccano aldeidi e chetoni

- Sono reattivi di Grignard , reattivo di organolitio, anione acetiluro, ione cianuro .

Il meccanismo avviene in due stadi , il primo é l’attacco del Nu e la rottura del doppio legame con

formazione di O- , il secondo stadio è la protonazione del gruppo O-.

Grignard/organolitio con formaldeide = alcol 1

Grignard/organolitio con aldeide = alcol 2

Grignard/organolitio con chetone = alcol 3

( organolitio danno rese migliori rispetto ai grignard ) .

- Addizione di ione acetiluro forma un triplo legame che può subire poi le reazioni degli alchini .

- Addizione di -CN forma delle cianidrine ( molecola che contiene un gruppo OH e un gruppo CN) ,

con il solito meccanismo descritto sopra.

4) Reazione di Wittig

Porta alla formazione di alcheni partendo da aldeidi o chetoni attraverso l’ilidi di fosforo. L’ilide di

fosforo di forma attraverso la formazione del sale di fosfonio poi una base forte strappa un H al

carbonio e forma l’ilide.

Se nel reagente di Wittig non sono presenti altri gruppi funzionali che stabilizza la carica negativa

del carbonio si ha l’isomero Z , mentre se ci sono gruppi funzionali che possono stabilizzare la

carica - si ha l’isomero E (variante di Horner-Emmonds-Wadsworth)

5) Addizione di nucleofili ossigenati

- L’addizione di acqua porta alla formazione di dioli, se si è in ambiente acido si protona prima il

gruppo carbonilico poi si aggiunge acqua, mentre se si è in ambiente basico si attacca con la base

il carbonio elettrofilo.

- Addizione di alcoli fornisce emiacetali . Un emiacetale è un gruppo contenente OH e un gruppo

—OR legati allo stesso atomo di carbonio. Gli emiacetali ciclici a 5-6 termini sono composti molto

stabili e si formano molto velocemente attraverso reazioni intermolecolari. La formazione di

emiacetali può anche essere base catalizzata o acido catalizzata.

Quando la formazione di emiacetali è acido catalizzata, la reazione può proseguire formando un

acetale ossia una molecola contenente due gruppo —OR legati allo stesso carbonio.

‘L’aggiunta di un eccesso di acqua ad una molecola di acetale provoca l’idrolisi a chetone. Per

eliminare l'acqua dall'ambiente di reazione sperimentalmente si usa una distillazione come

azeotropo, facendo uso di una trappola di Dean-Stark. L’azeotropo è una miscela liquida

(supponiamo acqua e benzene e che la mia reazione avviene nello strato di benzene) dove i

componenti hanno diversi punti di ebollizione , ha composizione costante . L’azeotropo viene posto

ad una sorgente di calore dove inizia ad evaporare e un condensatore a camicia raccoglie il

vapore condensato in una trappola dove viene separato in due strati, a temperatura ambiente la

composizione dello strato superiore è meno denso e formato maggiormente da benzene, mentre lo

strato inferiore è formato da acqua. Col procedere del riflusso il benzene ritornano stato superiore

nella miscela a riflusso e l’acqua viene allontanata facendola uscire da un rubinetto, forzando

quindi l’equilibrio verso destra. (Impiegato in tutte le reazioni dove si necessita allontanare

l’acqua).’

Gli acetali sono molto poco reattivi e spesso sono utilizzati per proteggere i gruppi carbonilici di

aldeidi e chetoni durante reazioni che coinvolgono altri gruppi funzionali presenti nella molecola.

Sono usati come gruppi protettori del gruppo carbonilico (solitamente ciclici, formati attraverso un

glicole) , per poi ripristinare il gruppo carbonilico basta aggiungere acqua .

Anche un alcol può essere protetto sotto forma di acetale con il diidropirano formando un

tetraidropiraniletere (THP) in presenza di un catalizzatore acido . Viene facilmente rimosso in

soluzione acida diluita .

6) Addizione di nucleofili azotati

- Ammoniaca , ammine primarie alifatiche e aromatiche reagiscono con aldeidi e chetoni per

formare un immina ( composto contenente C=N) .

- Ammine secondarie reagiscono con aldeidi e chetoni per formare un enammina (il procedimento

è molto simile alla formazione dell’ammina soltanto che una volta che si forma il carbocatione per

stabilizzarlo l’acqua si comporta da base e strappa un H al carbonio adiacente (α) facendo una

reazione di eliminazione ) .

- Le aldeidi e i chetoni reagiscono anche con l’idrazina per formare composti detti idrazoni.

Carbonio α è il carbonio adiacente ad un C=O , il carbonio α possiede degli Hα che sono

facilmente rimovibili e altamente acidi. La maggiore acidita di un Hα dipende dal fatto che la carica

negativa dell’anione enolato risulta delocalizzata per risonanza , rendendo più stabile la forma

anionica. Da qui nasce la teoria della tautomeria cheto enolica dove da un C=O si passa a un

C=C:

-Acido catalizzata il protone viene prima aggiunto poi rimosso.

-base catalizzata il protone Hα viene prima strappato poi aggiunto.

Per alcune molecole la forma enolica è la forma principale e in alcuni casi la sola forma presente

in equilibrio ad esempio quando un carbonio α si trova tra dei gruppi carbonilici la posizione

dell'equilibrio è spostata verso la forma enolica che è stabilizzata dalla coniugazione.

7) Ossidazione delle aldeidi

Le aldeidi possono essere ossidate a acidi carbossilici con H2CrO4 o con il reattivo di Tollens.

I chetoni sono inerti alla maggior parte degli agenti ossidanti.

8) Ossidazione di Bayer-Villiger

Attraverso questa ossidazione i chetoni se sono ciclici possono allargare il loro anello e formare

lattoni mentre se sono alifatici vengono ossidati ad estere, mentre, se invece come prodotto di

partenza si ha un'aldeide, questa si ossida ad acido carbossilico. .

Questa reazione avviene con peracidi dove il gruppo carbonilico si protoni e l’O- (Nu) attacca il

carbonio elettronico. (press play sull’immagine)

9) riduzioni aldeidi e chetoni

Le aldeidi possono essere ridotte ad alcoli primari mentre i chetoni ad alcoli secondari , le riduzioni

possono avvenire con sodio boroidruro e con litio alluminio idruro e con H2 + catalizzatore . Il

sodio boro idruro NaBH4 è meno reattivo di LiAlH4 e quindi più selettivo , esso non reagisce con

acidi carbossilici e derivati . Mentre il litio alluminio idruro LiAlH4 è molto reattivo e riduce anche

acidi carbossili e derivati. Questi due idruri non riducono doppi legami , per i doppi legami si usa

H2/Catalizz.

10) Amminazione riduttiva

Un chetone in presenza di un’ammina primaria e un acido si riduce ad immina che può poi essere

ridotta a ammina.

11)Riduzione di Clemmensen

Un chetone con Zn(Hg) e HCl e calore può essere ridotto formando due legami con l’idrogeno

12)Riduzione di Wolff-Kishner

Un chetone/aldeide reagisce con l’idrazina formando un idrazone che a sua volta reagendo con

una base ( OH-) libera N2 e il carbonio forma due nuovi legami con l’idrogeno.

13) Desolforazione di tiochetali

Un chetone coniugato reagendo con HS-C-C-SH forma un ciclo che poi con Ni Raney ed EtOH si

riduce a CH2.

14) Reazione di Cannizzaro

Viene effettuata nelle aldeidi che non contengono H α , nel primo stadio della reazione si ha un

attacco nucleofilo dello ione ossidrile al carbonio carbonilico , nel secondo stadio della reazione ,

viene fatto uscire un idruro che va ad attaccare un’altra molecola di aldeide. A fine reazione si avrà

HCOO- e CH3OH.

15) α alogenazione

Le aldeidi e i chetoni con almeno un idrogeno α sul carbonio α possono formare α alogenoaldeidi/

chetoni. La reazione può essere catalizzata sia da basi che da acidi. Nella reazioni acido

catalizzata lo stadio iniziare è la tautomeria (processo lento) con formazione di doppi legami che

reagiscono con l’alogeno. in quelle base-catalizzate lo stadio lento È la rimozione di un idrogeno α

con formazione di anione enolato che reagisce poi con l’alogeno.

16) Reazione aloformica

Serve per formare anione carbossilato attraverso un alogenuro (X2) e una base.

Step 1) Lo ione OH– , agendo come base, rimuove un idrogeno in α per dare l’enolato stabilizzato

per risonanza

Step 2) L’enolato, agendo da nucleofilo, reagisce con l’alogeno per dare il chetone alogenato

Step 3) Gli step 1) e 2) si ripetono due volte per dare il chetone trialogenato

Step 4) Lo ione OH–, agendo da nucleofilo attacca il carbonio carbonilico con conseguente rottura

del doppio legame carbonio-ossigeno e formazione di una carica negativa sull’ossigeno

Step 5) riformazione del doppio legame carbonio-ossigeno ed espulsione del gruppo CX3– con

conseguente formazione dell’anione carbossilato.

(questa reazioni avviene ogni qual volta si ha un buon gruppo uscente )

Un altra classe di composti organici contenente il gruppo carbonilico sono gli acidi carbossilici , la

loro proprieta chimica più importante é l’acidita. Essi formano numerosi derivati importanti tra cui

esteri, ammidi , anidridi ed alogenuri acidi.

Gli Acidi Carbossilici sono formati da un gruppo carbonilico e da un gruppo ossidrilico

COOH.

Allo stato liquido e solido sono associati grazie a legami idrogeno, gli acidi carbossilici mostrano

punti di ebollizione più alti di quelli degli alcoli, aldeidi e chetoni. Questi punti di ebollizione così alti

sono dovuti alla loro polarità e al fatto che essi formano legami idrogeno intermolecolari molto forti.

Un acido carbossile è formato da due regioni di polarità diverse: un gruppo carbossilico polare

idrofilo ed una catena idrocarburica idrofoba non polare.

Gli acidi carbossilici sono acidi deboli, il loro pKa = 4.75. La maggiore acidità rispetto agli alcoli È

dovuta al fatto che la risonanza stabilizza l'anione carbossilato per delocalizzazione della sua

carica negativa. Per vedere quali acidi carbossilici sono più acidi basta analizzare la stabilità delle

basi coniugate che si formano.

Gli acidi carbossilici possono essere deprotonati, reagendo con una base il legame polare O—H

può cedere un idrogeno e caricarsi negativamente (puo essere stabilizzato per risonanza) . Le basi

per deprotonare possono essere HCO3-, NH3, CO3 - -, -OCH3, -OH, H-.

Gli Acidi carbossilici possono essere protonati da acidi forti sull’ossigeno carbonilico.

Non bisogna confondere le reazioni di carbonili e carbossili, perché i carbonili reagiscono con i

nucleofili carichi o neutri ma non hanno la presenza di un gruppo uscente , per cui aldeidi chetoni

subiscono un'addizione nucleofila; mentre i composti carbossilici contengono un gruppo uscente e

reagendo con il nucleofilo essi subiscono una sostituzioni nucleofila acilica.

REAZIONI

1) Sintesi di acidi carbossilici

Possono essere preparati per ossidazione di alcoli 1 , ossidazione di aldeidi, ossidazione di alcheni

e alchini con O3, carbonatazione (O=C=O + Grignard) di reattivi di grignard, idrolisi derivati degli

acidi e nitrili, reazione aloformica.

2) Riduzione attraverso LiAlH4

Il litio alluminio idruro può ridurre un acido carbossilico ad alcol primario con rese eccellenti

riscaldando la reazione.

3) Esterificazione

Gli esteri sono derivati degli acidi carbossilici e possono essere preparati per reazioni di un alcol e

acido carbossilico, questa reazione è una reazione acido catalizzata e reversibile.

4) Formazioni di esteri metilici utilizzando il diazometano

Trattando un acido carbossilico con diazometano in etere si ottiene la trasformazioni del’ acido

carbossilico con il suo estere.

5) Conversione in cloruri acilici

Gli acidi carbossilici possono sostituire il gruppo ossidrile con un alogenuro reagendo con PCl3,

PBr3, SOCl2 ( come succedeva per gli alcoli ) .

6) Decarbossilazione

Per decarbossilazione si intende la perdita di una molecola di CO2 da un gruppo carbossilico a

temperatura molto alta. Subisce la decarbossilazione molto facilmente gli acidi carbossilici che

hanno un gruppo carbonilico (aldeide o chetone o estere o un altro COOH..) sull’atomo di

carbonio in posizione β rispetto al gruppo COOH.

I derivati degli acidi carbossilici sono alogenuri acilici, anidridi, esteri, ammidi e nitrili.

Questi gruppi fanno la sostituzione nucleofila acilica, Il nucleofilo attacca e si stacca il gruppo

uscente. Ognuno di questi gruppi reagendo con l’acqua ridanno l’acido carbossilico.

La reattività di questi gruppi può essere messa su scala dal gruppo più reattivo a quello meno

reattivo :

formaldeide

aldeide

chetone

cloruro acilico

anidride

estere - acido carbossilico

ammina

ione carbossilato

Gruppo acilico è RCO— ( acido carbossilico senza OH)

Alogenuri acilici è un gruppo acilico legato ad un atomo di alogeno .

REAZIONI :

1) Alogenuro acilico e H2O mi restituisce l’acido carbossilico

2) Alogenuro acilico reagisce con l’alcol per darmi un estere

3) Alogenuro acilico reagisce con 2 NH3/ammine 1 / ammine 1 per darmi ammidi.

4) Alogenuro acilico reagisce con i sali degli acidi carbossilici per dare anidridi .

5) Alogenuro acilico può anche reagire con i reattivi di Grignard e Gilman

Anidridi degli acidi carbossilici sono costituite da due gruppi acilici legati a un

atomo di ossigeno , sono derivati da due acidi carbossilici per perdita di acqua. Le anidridi cicliche

prendono il nome dagli acidi dicarbossilici da cui derivano .

REAZIONI

1) Anidridi e H2O mi restituisce 2 molecole di acido carbossilico

2) Anidridi reagiscono con l’alcol per dare una mole di estere e una mole di acido carbossilico

3) Le anidridi reagiscono con l’ammoniaca cosi come con ammine primarie, secondarie (2 moli )

per formare ammidi .

4) I reattivi di Gilman non reagiscono con le anidridi.

Gli esteri hanno un gruppo acilico legato a un gruppo —OR, mentre gli esteri ciclici sono detti

lattoni . Sono preparati per reazione di un acido carbossilico e alcol oppure alogenuri acilici e

alcol .

REAZIONI

1) Estere può essere idrolizzato in acqua con una reazione acido-catalizzata , questa reazione è

l’esterificazione e l’abbiamo già trattata prima dicendo che si tratta di un equilibrio ossia di una

reazione reversibile.

2) L’Idrolisi di un estere può essere condotta anche usando una base acquosa come la soda ed in

questo caso è chiamata saponificazione.

Ci sono due differenze tra l’idrolisi di un estere in presenza di un acido e in una base acquosa:

In presenza di un acido acqua richiede soltanto una quantità catalitica di acido, mentre per

l’idrolisi in base acquosa è necessaria una quantità stechiometrica non catalitica. Un altra

differenza é che nell’acido catalizzata la reazione è reversibile mentre nella saponificazione è

irreversibile .

3) Gli esteri reagiscono con gli alcoli attraverso una reazione acido catalizzata per dare

nuovamente un estere ma con un gruppo O-R differente

4) Gli esteri reagiscono con ammoniaca , ammine primarie e secondarie per formare ammidi .

Rispetto le anidridi e alogenuri acilici sono leggermente meno reattivi in questa reazione ,

pertanto la reazione richiede il riscaldamento .

5) Un estere reagisce anche con i reattivi di Grignard formando inizialmente un chetone che

reagisce nuovamente e subito con un altra molecola di Grignard per dare un alcol terziario. Il

chetone è molto più reattivo dell’estere e reagisce nuovamente .

6) Un estere reagisce anche con i composti organolitio per formare alcoli secondari e terziari.

7) Gli esteri non reagiscono con i reattivi di Gilman .

8) Un estere può essere ridotto dal LiAlH4 a due alcoli, l’alcol del gruppo acilico primario e l’alcol

del gruppo uscente che si forma. Il NaBH4 non viene usato o per ridurre gli esteri perché la

reazione è troppo lenta.

9) Esteri possono essere ridotti con DIBALH in toluene a -78 gradi ad aldeidi .

Un’Ammide è un gruppo acilico legato ad un atomo di azoto. Le ammidi possono essere

primarie, secondarie e terziarie. Le ammine cicliche si chiamano lattami . La caratteristica di

un’immide é la presenza di due gruppi acilici legati ad un atomo di azoto.

Le ammidi hanno pKa che variano da 15 a 17, il che significa che hanno un comportamento acido-

base simile agli alcoli. Le ammidi non si comportano da acidi in soluzione acquosa.Le immidi

invece sono un po più acide e si sciolgono in soda formando sali . Le immidi reagiscono con una

base, (possono perdere un H e si caricano negativamente ) poiché la carica negativa è stabilizzata

dalla risonanza .

REAZIONI

1) Le ammine si idrolizzano in acqua sia con una reazione base-catalizzata che acido- catalizzata

richiedendo calore e formano acido carbossilico e ione ammonio.

2) Le ammidi non reagiscono con alcoli e con ammoniaca o ammine e con reattivi di Gilman o

grignard.

3) La riduzione di ammidi con LiAlH4 può essere usata per preparare ammine primarie

secondarie o terziarie.

4) Un’ammide primaria può essere disidratata a nitrile per agente che lega l’acqua ( PCl3 ,

SOCl2,H2SO4) .

Il Nitrile è un gruppo ciano , C triplo legame N legato ad un atomo di carbonio.

REAZIONI

1) Il nitrile viene idrolizzato in ambiente acido per dare l’acido carbossilico . Si protona l’azoto fino

a formare un ammide che viene idrolizzata anch’essa fino ad ottenere l’acido carbossilico. Il

Nitrile può essere idrolizzato anche in ambiente basico , la base acquosa attacca il carbonio

del triplo legame e si rompe un legame pi greco.

2) Il gruppo nitrile viene ridotto da LiAlH4 ad ammina primaria .

3) Il nitrile reagisce con Grignard dando chetoni , inizialmente forma un immina che con aggiunta

di H3O+ si trasforma in gruppo carbonilico facendo uscire N+H3.

4) Nitrili possono essere ridotti con DIBALH in toluene a -78 gradi ad aldeidi . ( con 2 equivalenti

ottengo un alcol) .

L’anione enolato viene formato facendo reagire un acetaldeide con una base , la base va a

strappare l’Hα acido del carbonioα si forma il doppio legame e l’ossigeno si carica negativamente.

Essi sono molto importanti perché reagiscono al carbonio per formare nuovi legami comportandosi

da nucleofili in reazioni come sn2 oppure addizionandosi al gruppo carbonilico.

REAZIONI

1) α alogenazione

Il carbonio α si carica negativamente perché gli viene strappato un Hα e va a reagire con un

alogenoalcano .

2) Reazione aldolica

È la reazione più importante per gli anioni enolato reagiscono sia aldeide che chetoni . Gli anioni

enolato comportandosi da nucleofili si addizionano al gruppo carbonilico di un altra molecola dello

stesso composto o di un composto diverso. Questa reazione può essere catalizzata da acidi e da

basi ( basi più comune) . (nella catalisi acida si ha un attacco dell’enolo(Nu) su un carbonile

protonato di una seconda molecola).

Il mio prodotto aldolico ottenuto può essere trasformato facilmente in un α-β insaturo attraverso

una disidratazione acido-catalizzata.

3) Reazione aldolica incrociata

è una reazione che avviene tra una molecola che può generare lo ione enolato ed una che non ha

Hα (formaldeide) (se avviene una reazione aldolica tra due molecole che entrambe posseggono

Hα si ha la formazione di 4 prodotti).

[i gruppi funzionali che si formano da una reazione aldolica sono un β-idrossicarbonile o un

carbonile α-β insaturo, quindi quando si incontrano questi gruppi si dovrebbe valutare la possibilità

di usare una reazione aldolica.]

4) Reazione aldolica intramolecolare (puo essere usata LDA come base)

Questa reazione è come le sopra citate ma con la sola differenza che avviene dentro una stessa

molecola. Si stacca un H α e si fa reagire con un gruppo carbonilico presente nella molecola

stessa formando un ciclo a 5 o 6 atomi ( non più piccoli perché si forma una tensione di anello).

Questa reazione può essere acido o base catalizzata.

5)Reazione di Henry

Il gruppo nitro può essere introdotto nei composti alifatici mediante una condensazione aldolica

poiché gli idrogeni dei nitroalcani sono abbastanza acidi da essere rimossi da basi come la soda,

una volta strappato l’idrogeno e fatto caricare il carbonio negativo, esso funge da Nu e va ad

attaccare gruppi carbonilici.

6) Condensazione di Claisen

É un tipo di reazione caratteristica degli esteri che riguarda la formazione dell’anione enolato . Il

prodotto finale è un β cheto estere.

Questa reazione richiede l’intervento di una base NON acquosa perché provocherebbe l’idrolisi

dell’estere ma si usa etossido di sodio in etanolo ( EtO⁻ in EtOH) . Il procedimento è molto simile

alla reazione aldolica. Si forma l’anione al carbonio α poi si addizione comportandosi da nucleofilo

a un gruppo carbonilico facendo uscire il gruppo uscente.

7) Condensazione di Dieckman (base non acquosa)

La condensazione di Claisen intramolecolare viene chiamata di Dieckman . Il meccanismo è lo

stesso , si forma l’anione al carbonio α di un gruppo esterno e si addiziona al gruppo esterno per

poi buttare fuori il gruppo uscente e formando un ciclo.

8) Condensazione di Claisen incrociata (base non acquosa o LDA)

Avviene tra due esteri differenti ciascuno con un H α e si può formare una miscela di 4 prodotti β-

chetoesteri a meno che non si utilizzi un estere che non abbia H α , in tal caso si ha un solo

prodotto finale.

Le enammina si ottengono facendo reagire un’ammina secondaria con un aldeide o chetone.

Le enammine ( N-C=C) sono importanti perché il Cβ ha caratteristiche nucleofile a causa della

coniugazione.

REAZIONI

1) Alchilazione delle enammine

Le enammine danno reazioni di sn2 con alogenuri metilici ed alchili primari grazie al doppio

legame. Una volta formato il sale di imminio si aggiunge HCl e H2O e si forma il chetone a posto

dell’azoto.

2) Acilazione delle enammine

Le enammine subiscono acilazione quando vengono trattate con cloruri acilici o con anidridi degli

acidi. (stesso meccanismo di sopra).

3) Sintesi enammine

L’addizione nucleofila di un ammina secondaria con un aldeide o cheto forma un’enammina. Il

gruppo carbonilico si protona e e l’azoto attacca il carbonio carbonilico formando un nuovo legame

e facendo uscire il gruppo OH2+ che è un buon gruppo uscente e formando un doppio legame c-c.

Sintesi malonica ( con estere malonico)

Gli esteri malonici sono composti di partenza versatili per la formazione di nuovi legami C-C per

diversi motivi :

- perche ha gli idrogeni α molto acidi e posti tra due gruppi carbonilici

- perdendo un H α l’anione enolato si comporta da nucleofilo

- il prodotto a fine reazione subisce la decarbossilazione.

Il meccanismo della reazione : partendo dal estere malonico

Si forma l’anione enolato strappando un Hα attraverso una base non acquosa che va a reagire da

nucleofilo con un elettrofilo. A questo punto (se io voglio, o la mia reazione può anche far reagire

l’anione enolato una sola volta ) la mia molecola ha ancora un Hα che può essere strappato

nuovamente per far reagire ancora una volta il carbonio (-) da Nucleofilo. Idrolizzo i due esteri ad

acidi carbossilici e faccio la decarbossilazione perdendo una molecola di CO2 . A fine reazione

ottengo un acido carbossilico con 1-2 gruppi metilici nel carbonio α (ossia un acido acetico mono o

di sostituito).

Sintesi acetica ( con estere acetoacetico / acetoacetato di etile) si ottengono chetoni.

All’acetoacetato di etile con una base viene tolto l’Hα e l’anione enolato formato va a reagire con

un alogenuro formando un nuovo legame. Idrolizzo in ambiente acido il mio estere rendendolo

acido carbossilico , dopodiché in presenza di calore elimino una molecola di CO2 ed ottengo un

chetone. ( posso anche ottenere un acetone disostituito).

Ps . Acetoacetato di etile si ottiene dalla condensazione di Claisen di un acetato di etile.

Finora abbiamo visto molti nucleofili che riescono a formare nuovi legami carbonio-carbonio :

-grignard

-anioni enolato

-enammine

-anioni di alchini terminali e ioni cianuro

questi specie possono essere usate per formare nuovi legami attraverso la sostituzione da parte di

nucleofili seguendo una sn2 oppure per addizione di nucleofili a carboni carbonilici. Una terza

tecnica è l’addizione coniugata ovvero l’addizione del nucleofilo ad un doppio/ triplo legame

carbonio-carbonio elettrofilo ,in quanto coniugato con un carbossile o un altro gruppo elettron-

attrattore.

Quando si ha un sistema coniugato c=c-c=o l’attacco del nucleofilo tuo avvenire sul gruppo

carbonilico oppure sul doppio legame . Basi forti come : Grignard, Organolitio (Gilman reagisce

con addizione coniugata) , CN attaccano al gruppo carbonile. Altri Nu danno addizione coniugata.

Quando si ha un’addizione di un Nu sul carbonio carbonilico si ha una reazione molto veloce ma

poco stabile, mentre se si ha un’addizione coniugata di un Nu si ha un processo lento ma più

stabile perché un doppio legame carbonio ossigeno è più forte di un doppio legame carbonio

carbonio.

REAZIONI

1) Addizione di Michael

É l’addizione coniugata di un enolato a un composto carbonilico α-β insaturo. Al mio prodotto finale

posso idrolizzare l’esteri presenti e poi fare la decarbossilazione.

2) Anellazione di Robinson

È una reazione di un chetone ciclico, un β chetoestere o un βdichetone con un chetone α-β

insaturo forma in ambiente basico un cicloesenone fuso con l’anello originario. La reazione è

un’addizione coniugata a un cabonilico α-β insaturo. che prosegue poi con una reazione aldolica

per far chiudere il ciclo .

Come base solitamente viene usata una base non acquosa come EtO- in EtOH, ma quando

facciamo una reazione aldolica intramolecolare oppure di claisen intramolecolare o qualunque altra

reazione dove si forma un anione enolato senza bisogno di un altro gruppo elettron-attrattore ( cioè

senza l’uso di un altro gruppo che va a reagire sul carboanione) si può usare LDA.

Il benzene è un composto liquido incolore con formula C6H6. Esso risulta non reattivo infatti

non da reazioni di addizione, ossidazioni e di riduzione. Quando reagisce, il benzene subisce una

reazione di sostituzione nella quale un atomo di idrogeno viene sostituito da un altro atomo o un

gruppo di atomi. La prima struttura del benzene fu proposta da Kekule e consisteva in un ciclo a

sei atomi di carbonio con un atomo di idrogeno legato a ciascun carbonio. Per conservare questa

tetravalente l’anello doveva contenere tre doppi legami in grado di spostarsi avanti e indietro da

non permettere la separazione delle due forme bensí creando un equilibrio tra esse. Da allora

venne definita la struttura di Kekule.

Ciascuna struttura di Kekule fornisce un ibrido di risonanza perciò i legami C-C non sono ne doppi

ne singoli ma una via di mezzo. Un modo per conoscere l’energia di risonanza del benzene

consiste nel confrontare il calore di idrogenazione del cicloesene e del benzene. Il cicloesene é

ridotto facilmente a cicloesano mentre il benzene impiega più tempo e necessita calore.

Il benzene è un composto aromatico, la aromaticità un composto può essere messa in evidenza

attraverso i criteri di Hukel.

1) doveva essere ciclico

2) possedere un orbitale 2p per ogni atomo di anello

3) essere planare


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A.V

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche (5 anni)
SSD:
Università: Carlo Bo - Uniurb
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher A.V di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Chimica organica I e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Carlo Bo - Uniurb o del prof Mantellini Fabio.

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