Chimica organica - Enolati

Perché l'acetone è più acido della butanammide?

Per un composto come l'acetone, potremmo pensare che il gruppo metile in α al carbonile si comporti come l'OH di un acido carbossilico o l'NH di un'ammina. Infatti, in presenza di una base forte, il protone può essere rimosso generando un enolato, un carbanione che viene chiamato. La stabilizzazione della carica negativa mediante risonanza consente di spiegare perché la pKa di un protone legato ad un carbonio in α a un carbonile ha un valore di circa 20 rispetto a CH di un alcano (pKa ≈ 50).

Confronto dei valori di pKa di derivati carbonilici e dei loro analoghi metilenici. È importante ricordare che la presenza di un gruppo carbonile rende i protoni di un gruppo in α più acidi.

Rispetto all'analogo idrocarburico, come si forma un enolato?

L'enolato è il prodotto di una reazione acido-base di un enolo. Un enolo può anche essere chiamato alcol vinilico.

Si può ottenere un enolo per idratazione di un alchino.

Tuttavia, l'enolo non è un composto stabile e si trasforma velocemente in un composto carbonilico mediante un processo chiamato tautomeria cheto-enolica.

Esercizio: nel seguente processo, la forma enolica è favorita. Perché?

Meccanismo della tautomeria cheto-enolica (ambiente acido):

cheto + H2O come nucleofilo → enolato

Meccanismo della tautomeria cheto-enolica (ambiente basico):

cheto + H2O come base → enolato

Formazione di enolati a partire da composti carbonilici:

Reazioni di isomerizzazione di composti carbonilici

Processo di glicolisi:

Isomerizzazioni di zuccheri mediante trasposizione della funzione

carbonilica (D-glucosio fosfato a D-fruttosio fosfato)

La reazione avviene via formazione di un endiolo acidocatalizzata (l'enzima utilizza funzioni acide)

Reazioni di racemizzazione di composti carbonilici

Se un chetone enantiopuro viene trattato con un acido o una base racemizza attraverso la formazione di un intermedio achirale, l'enolo achirale

La racemizzazione è un processo energeticamente favorito poiché la concentrazione dell'enantiomero di partenza si dimezza durante il processo

ΔG° = ΔH° - TΔS°

ΔH° = 0 (minima interazione intermolecolari in soluzione)

ΔS° = -R ln(x1/x2)

Per un racemo, all'equilibrio, x1 = x2 = 1/2

ΔS° = -1/2R ln(1/2) - 1/2R ln(1/2) = -R ln(1/2) = R ln(2)

ΔG° = -TΔS° = -RT ln(2) = -0.41 Kcal/molmol a 25°C

Reazioni di racemizzazione di composti carbonilici

Racemizzazione dell'

(R)-- Thalidomidedell (R)sedativo teratogeno

Anche gli ammino acidi possono racemizzare con questo tipo dimeccanismo, anche se questo normalmente non avviene incondizioni fisiologicheα - Alogenazione di chetoni (via enolato,, condizioni basiche)

enolatoFormazione dell’’ enolatodellAddizione elettrofila Formazione di un enolato (H piùù acido)piAddizione elettrofila( Dibromo derivato) 12Ne consegue che la reazione di mono alogenazione non può essereottenuta in condizioni basiche.

La maggior reattivitàà dei prodotti può essere sfruttata per lareattivitproduzione di aloformio (iodoformio, bromoformio, cloroformio)

Reazione aloformio

L’ α ,α ,α -triiodometilchetone reagisce con lo ione idrossido

Si genera un intermedio tetraedrico. l’’ α ,α ,α -triiodometillcarbanione è un gruppo uscente relativamente buono in questecondizioni di reazione.

La protonazione del carbanione genere

lo iodoformio. 13α - Alogenazione di chetoni (condizioni acide)

Protonazione del chetone

Formazione dell’’ enolo

dell Addizione elettrofila

Br agisce da base e rigenera la-funzione carbonilica

α - Alogenazione di chetoni (condizioni acide)

Cosa accade se Br porta un attacco-nucleofilo al carbonio carbonilico??

carbonilico Si genera una bromoidrinageminale che è instabile erigenera la funzionecarbonilica eliminando HBr

L ’ α- bromo-- chetone enolizza piùù lentamente del chetone nonbromo pisostituito e quindi si può ottenere il prodotto monoalogenato..monoalogenato 14

Sintesi di enolati con basi forti

Se si vogliono utilizzare nucleofili diversi da un alogenuro si deve generarel’ enolato in presenza di una base forte (pKa≈≈ 20-- 25).(pKa 20

Generalmente si utilizzano solventi aprotici quali il THF (nel quale LDA èsolubile). Con l’’ LDA e la HDA si utilizza una base non nucleofila,, con NaHl

nucleofilasi ottiene H come prodotto secondario

Un enolato generato in queste condizioni è generalmente stabile.

Solitamente si disegna un enolato con la carica localizzata sull'atomo di ossigeno:

• L'ossigeno è più elettronegativo e quindi queste sono le forme di risonanza più significative
• pi e K hanno maggior affinità per l'ossigeno
• Cationi piccoli quali il Li affinità l+ +che per il carbonio.

Comunque l'atomo di carbonio è più nucleofilo e quindi è in questa posizione che le reazioni avvengono preferenzialmente.

Cosa avviene se abbiamo un chetone non simmetrico?

Si possono formare due enolati: il primo è quello che si forma più velocemente e viene chiamato prodotto cinetico (enolato cinetico). Il secondo è quello più stabile e viene chiamato prodotto termodinamico (alchene tetrasostituito).

alta temperatura

Esercizio: Razionalizzare la selettività di queste due reazioni.

selettività 17

Reazione di un enolato con un alogenuro alchilico

Se si tratta un enolato con un alogenuro alchilico si ottiene un prodotto di alchilazione. La reazione procede con un tipico meccanismo di salchilazione. L'alogenuro è primario. Con alogenuri secondari e terziari i prodotti di eliminazioni prevalgono poiché l'enolato è una base forte.

In realtà la reazione non si ferma a livello di mono alchilazione. Infatti, l'enolato di partenza può agire da base e deprotonare nuovamente il prodotto mono-alchilato.

Il nuovo enolato può nuovamente essere alchilato portando al derivato diachilato. Per cui si ottengono miscele di prodotti polialchilati.

In alcuni casi si possono ottenere selettivamente prodotti di mono-alchilazione.

18

Esercizio: Come preparereste questi

composti utilizzando un’’ alchilazione??un alchilazione

Potete utilizzare composti organici fino a 8 atomi di carbonio e qualsiasireagente inorganico Enolati di esteri o nitrili

La pKa di un di un protone in α di un estere è 4 - 5 ordini di magnitudinemaggiore di quella di un chetone e aldeide (pKa=24-- 25).(pKa=24

Questo deriva dalla minore stabilizzazione che si ottiene poichèè il sistemapoichcarbossilico è giàà parzialmente delocalizzato ancor prima dellagideprotonazione Una delle formule di risonanza pone unacarica positiva sul carbonio carbonilico,,carbonilicoaumentando per effetti induttivil’aciditàà dei protoni inacidit α

Una delle formule di risonanza pone lacarica positiva sull’’atomo di ossigenosullpiuttosto che su quello carbonilico 19Vi è comunque un elevato grado di stabilizzazione della caric negativarispetto ad un alcanoPer i protoni legati al carbonio in α ad un nitrile

anch’’esso stabilizzatonitrile anchper risonanza, si hanno valori di pKa= 25-- 30.25

Se si utilizzano basi forti come LDA reazioni tipo condensazioneusualmente non competono

Una volta formato, l’’ enolato puàà reagire con un alogenuro alchilico conl puun tipico meccanismo S 2 portando al prodotto alchilato.. Se sialchilatoNutilizzano alogenuri secondari o terziari la reazione di eleminazione puòcompetere poichéé lavoriamo in presenza di una base forte.