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Un polimero molto diffuso: l’alcol polivinilico

OH

CH CH

٢ n OH ???

n H C CHOH CH CH

٢ ٢ n

CH CHO

٣ OH

OCOCH ٣ idrolisi

n CH CH

H C CHOCOCH CH CH

HC CH ٢

٢ ٣ ٢ n

n

vinile acetato poli(vinile acetato) 18

Esercizio: nel seguente processo la forma enolica è favorita: perchè?

19

S989 Come si forma un enolato?

L’enolato altro non è che il prodotto di una reazione acido-base di un

enolo (alcol vinilico) OH

+ -

H O H , OH cat. C C

C C

-

O enolo

cheto

C C OH

H O +

+ - H

- H C C

C C O enolo

cheto C C O

enolato C C

Carica negativa

delocalizzata tra C e O 20

Meccanismo della tautomeria cheto-enolica

(ambiente acido):

H O come nucleofilo idrato

2

H O come base enolo

2 21

S990 Meccanismo della tautomeria cheto-enolica

(ambiente basico):

Formazione di enolati a partire da composti carbonilici: 22

S991 Enoli in biochimica

Processo di glicolisi:

Isomerizzazione di zuccheri mediante trasposizione della funzione carbonilica

(D-glucosio fosfato a D-fruttosio fosfato)

La reazione avviene via formazione di

un endiolo acido-catalizzata (l’enzima CH OH

2

utilizza funzioni acide) H C OH

O O

Vitamina C HO OH 23

S991 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

La racemizzazione è un processo entropicamente favorito, poiché la

concentrazione dell’enantiomero di partenza si dimezza durante il processo

∆G° ∆H° ∆H°

= - T∆S° ; ca. 0

∆ = − + = =

S R ( x ln x x ln x ); x x 1

1 1 2 2 1 2 2

∆ = − + = − = >

S R ( ln ln ) R ln R ln 2 ( 0

)

1 1 1 1 1

2 2 2 2 2

∆ = − ∆ = − = − °

G T S RT ln 2 0

.

41 kcal/mol a 25 C 24

S992 Reazioni di racemizzazione di composti carbonilici

Racemizzazione dell’(R)-Thalidomide

sedativo teratogeno

Anche gli amminoacidi possono racemizzare con questo tipo di

meccanismo, anche se questo normalmente non avviene in

condizioni fisiologiche 25

S992 α-Alogenazione dei chetoni

O O

+ -

X , H oppure OH

2

H X

C C

H H

H H

X = Cl, Br, I

La reazione porta alla sostituzione di uno o tutti gli H con X.

Procede attraverso la formazione dell’enolo o enolato 26

α-Alogenazione dei chetoni via enolato: condizioni

basiche Formazione dell’enolato

Addizione elettrofila 

α-bromochetone

Formazione di un nuovo

enolato (H più acido)

Addizione elettrofila

(Dibromo derivato)

La monoalogenazione non può essere ottenuta in condizioni basiche.

La maggior reattività dei prodotti può essere sfruttata per la produzione di

un aloformio (CHX )

3 27

S993 Reazione dell’aloformio

L’α,α,α-triiodometilchetone reagisce con OH

-

Si forma un intermedio

α,α,α-triiodometil

tetraedrico. l’

carbanione è un gruppo uscente

relativamente buono in queste

condizioni di reazione.

La protonazione del

carbanione genera lo

iodoformio. 28

S994

α-Alogenazione dei chetoni via enolo: condizioni acide

Protonazione del chetone

Formazione dell’enolo

(stadio lento)

Addizione elettrofila

Br agisce da base e rigenera la

-

funzione carbonilica 29

S995

α-Alogenazione dei chetoni via enolo: condizioni acide

Cosa accade se Br porta un attacco

-

nucleofilo al carbonio carbonilico?

Si genera una bromoidrina

geminale che è instabile e

rigenera la funzione carbonilica

eliminando HBr

L’α-bromo-chetone enolizza più lentamente del chetone non

sostituito, quindi si può ottenere il prodotto monoalogenato. 30

S995-6 Sintesi di enolati con basi forti

Se si vogliono utilizzare nucleofili diversi da un alogenuro si deve

generare l’enolato in presenza di una base forte (pK ≈ 20-25).

a

Generalmente si utilizzano solventi aprotici quali il THF (nel quale LDA è

solubile). Con l’LDA si utilizza una base non nucleofila, con NaH si ottiene H

2

come prodotto secondario 31

S996 Sintesi di enolati con basi forti

Un enolato generato in queste condizioni è generalmente stabile.

H O H O

H H H H

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

Cationi piccoli quali Li e K hanno maggior affinità per

+ +

l’ossigeno che per il carbonio.

L’atomo di carbonio è più nucleofilo, e quindi è in questa posizione

che le reazioni avvegono preferenzialmente 32

Cosa avviene se abbiamo un chetone non simmetrico?

Prodotto cinetico (minor

ingombro sterico)

Prodotto termodinamico

(alchene più stabile)

Si possono formare due enolati: il primo è quello che si forma più

velocemente (prodotto cinetico).

Il secondo è quello più stabile (prodotto termodinamico) (alchene

tetrasostituito). Si forma principalmente se il sistema viene portato

all’equilibrio. 33

S997 Prodotto cinetico vs. prodotto termodinamico

I protoni in posizione 6 sono meno ingombrati da un punto di vista sterico, per cui

possono essere rimossi più facilmente se si utilizza una base stericamente

ingombrata come l’LDA. Per cui, scegliendo le condizioni di reazione possiamo

favorire la formazione del prodotto cinetico o del prodotto termodinamico. Se

lavoriamo a bassa temperatura e con una base forte favoriamo il prodotto

cinetico (diminuiamo l’energia dello stato di transizione); se lavoriamo a

temperature più elevate, eccesso di chetone e con basi deboli favoriamo il

prodotto termodinamico. 34

S998 Prodotto cinetico vs. prodotto termodinamico

Controllo cinetico: base forte e ingombrata, bassa T

Controllo termodinamico: base meno forte e poco

ingombrata, alta T 35

S998 Esercizio: Razionalizzare la selettività di queste due reazioni.

Prodotto cinetico (meno Prodotto termodinamico

ingombrato) (più stabile) 36

S998 Reazione di un enolato con un alogenuro alchilico

Se si tratta un enolato con un alogenuro alchilico si ottiene il prodotto di

alchilazione. La reazione procede con un tipico meccanismo S 2 se l’alogenuro

N

è primario. Con alogenuri secondari e terziari i prodotti di eliminazione

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 37

S999 Reazione di un enolato con un alogenuro alchilico

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 38

S999-1000

Esercizio: Come preparereste questi composti utilizzando

un’alchilazione? Potete utilizzare composti organici fino a 8 atomi di

carbonio e qualsiasi reagente inorganico. -

O O CH X

2

α O CH

3 39

S1000 40

S1002 Alchilazione di un chetone via derivati enamminici

I problemi principali dell’alchilazione di composti carbonilici via

formazione dell’enolato sono la polialchilazione e la scarsa

regioselettività del processo.

Le ammine secondarie possono reagire con composti carbonilici

generando un’enammina. 41

S1002 Alchilazione di un chetone: derivati enamminici

Le enammine sono

nucleofili stabili, e possono

reagire con alogenuri

alchilici reattivi generando

un ione imminio sostituito,

che non ha più carattere

nucleofilo.

Dopo idrolisi si ottiene il composto carbonilico di partenza mono-alchilato 42

S1003 Alchilazione di un chetone: derivati enamminici

Il processo avviene solamente con alogenuri alchilici molto reattivi 43

S1003 Carbanioni di chetimmine

Invece che un’enammina possiamo generare un carbanione di una

chetimmina, che avrà un carattere nucleofilo maggiore

Molti chetoni condensano facilmente con ammine primarie come la

cicloesilammina per generare l’immina corrispondente 44

S1004 Carbanioni di chetimmine

Il trattamento dell’immina con un composto di

Grignard genera un derivato molto simile ad un

enolato, nel quale il metallo è probabilmente

associato più fortemente con l’eteroatomo che con il

α.

carbonio in

In presenza di un alogenuro alchilico si ha la reazione di sostituzione 45

S1004 Carbanioni di chetimmine

L’idrolisi porta alla rigenerazione della funzione carbonilica di partenza

L’anione di una chetimmina è un utile nucleofilo poiché è stabile e regisce con

elevate regioselezioni senza fornire prodotti di polialchilazione. Generalmente si

ottiene il prodotto di alchilazione al carbonio meno sostituito. 46

S1005 Esercizio: I dimetil idrazoni possono essere usati al posto delle immine nelle

reazioni viste prima. Quale sarà il prodotto atteso dalla seguente serie di

reazioni? (il trattamento con sodio periodato idrolizza l’idrazone in condizioni

blande) O NNMe

2

Me NNH LDA

2 2 NNMe

NNMe 2

2 NaIO

i-PrI 4

O 47

S1006 Carbanioni di immine ingombrate – enolati di aldeidi

Gli enolati delle aldeidi non hanno problemi di regiochimica nella reazione di

alchilazione, ma sono molto reattivi e subiscono reazioni di

autocondensazione

La reazione di un aldeide con un’ammina primaria produce l’immina

corrispondente, che per trattamento con una base forte produce un

carbanione molto più stabile e meno tendente all’auto-condensazione 48

S1006 Carbanioni di immine ingombrate – enolati di aldeidi

Alchilazione e idrolisi acida che rigenera la funzione carbonilica di

partenza

Possono anche essere usati reagenti di Grignard 49

S1007 Enolati di esteri e nitrili

α

Il pK di un protone in di un estere (pK = 24-25) è 4-5 ordini di grandezza

a a

maggiore di quella di un chetone o un’aldeide (pK ca. 20).

a

Questo deriva dalla minore stabilizzazione dell’anione, poiché il sistema

carbossilico è già parzialmente delocalizzato ancor prima della deprotonazione.

Una delle formule di risonanza pone

una carica positiva sul carbonio

carbonilico, aumentando per effetti

α

induttivi l’acidità dei protoni in

Una delle formule di risonanza pone la

carica positiva sull’atomo di ossigeno

estereo piuttosto che su quello

carbonilico 50

S1008 Enolati di esteri e nitrili

Vi è comunque un elevato grado di stabilizzazione della carica negativa rispetto

ad un alcano

Per i protoni legati al carbonio in α ad un nitrile, anch’esso stabilizzato per

risonanza, si hanno valori di pK = 25-30.

a 51

S1008 Enolati di esteri e nitrili

Se si utilizzano basi forti come LDA, le reazioni tipo condensazione di solito

α

non competono. Inoltre c’è solo una posizione

Una volta formato, l’enolato può reagire con un alogenuro alchilico con un

tipico meccanismo S 2 portando al prodotto alchilato. Se si utilizzano

N

alogenuri secondari o terziari la reazione di eliminazione può competere

poiché lavoriamo in presenza di una base forte. 52

S1009 Enolati di esteri e nitrili

Come elettrofili possono essere usati alogenuri alchilici o epossidi 53

S1009 Alchilazione di reagenti contenenti metileni attivati

Anche la presenza di un gruppo fenile riesce ad attivare un metilene

α-sostituiti

consentendo l’ottenimento di chetoni ed esteri 54

S1013


PAGINE

83

PESO

2.15 MB

AUTORE

flaviael

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche
SSD:
Università: Messina - Unime
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher flaviael di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Chimica organica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Messina - Unime o del prof Romeo Giovanni.

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