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Chimica organica - gli enolati Appunti scolastici Premium

Appunti di Chimica organica del professor Romeo sugli enolati con attenzione ai seguenti argomenti: formazione degli enolati, alogenazione di chetoni, sintesi di enolati, controllo cinetico e termodinamico, nitrili, reazioni di alchilazione, decarbossilazione, addizioni nucleofile, condensazione... Vedi di più

Esame di Chimica organica docente Prof. G. Romeo

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Enolati di esteri o nitrili

La pKa di un di un protone in α di un estere è 4-5 ordini di grandezza maggiore di quella

di un chetone e aldeide (pKa=24-25).

Questo deriva dalla minore stabilizzazione che si ottiene poichè 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 induttivi l’acidità

α

dei protoni in

Chetone Una delle formule di risonanza pone la

carica positiva sull’atomo di ossigeno

piuttosto che su quello carbonilico

Estere

Vi è comunque un elevato grado di stabilizzazione della caric negativa rispetto ad un

alcano Enolato dell’estere

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

hanno valori di pKa= 25-30.

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

con un tipico meccanismo S 2 portando al prodotto alchilato. Se si

N

utilizzano alogenuri secondari o terziari la reazione di eleminazione

può competere poiché lavoriamo in presenza di una base forte.

Come elettrofili possono essere usati alogenuri alchilici o epossidi

Enolati di acidi

Può essere generato l’enolato di un acido?

La pKa dei protoni di un carbonio in α al carbonio di un acido ha un valore

confrontabile con quella di un estere

Per cui in presenza di 2 equiv. di base si ottiene l’enolato

La reazione con un alogenuro alchilico seguita a trattamento acido porta all’acido

sostituito.

.

La reazione è analoga alla formazione di un enolato di un estere, alchilazione e

idrolisi. E’ quindi più semplice da un punto di vista operativo e la reazione di

condensazione non compete. Esercizio: proporre delle vie sintetiche per i

seguenti composti partendo sia da un acido che

da un estere e da un arganoalogenuro con 5 o

meno atomi di carbonio

Malonati, acetoacetati, cianoacetati

Dietilmalonato Etilacetoacetato Etilcianoacetato

In questi derivati la presenza di due gruppi elettron attrattori rende i protoni del

carbonio metinico o metilenico particolarmente acidi e reattivi nella formazione di

enolati.

Questi protoni hanno una pKa= 10-14.

Reazioni di alchilazione con reagenti contenenti metileni attivati

In questo caso l’enolato che si forma è il prodotto cineticamente e

termodinamicamente favorito. Inoltre la reazione richiede condizioni molto meno

estreme, si usa una base molto meno forte (NaOEt).

In presenza di un eccesso di base si ottiene la doppia sostituzione

Se si utilizzano α-ω-dialoalcani in presenza di un eccesso di base si possono

ottenere cicloacani (anelli da 3 a 6 atomi).

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

l’ottenimento di α-chetoni e esteri

Esercizio: Come preparereste i seguenti composti utilizzando un alogenuro

alchilico e un derivato con metileni attivati?

Decarbossilazione di funzioni carbossiliche in β a gruppi carbonilici

La presenza di due gruppi attivanti rende i protoni metilenici più acidi e quindi reattivi e

elimina problemi di regiochimica o reazioni collaterali

La formazione di uno dei due enolati in

modo selettivo sarà difficile come pure

sarà difficile evitare la polialchilazione

La formazione di uno dei due enolati in

modo selettivo è ovvia ma rimane la

funzione esterea nel prodotto

Cosa possiamo fare se in realtà vogliamo il prodotto mono funzionalizzato?

Fortunatamente la funzione esterea decarbossila facilmente per semplice riscaldamento in

acido diluito

Decarbossilazione di funzioni carbossiliche in β a gruppi carbonilici

Idrolisi acida

L’acido carbossilico che si forma ha una funzione C=O in posizione β che facilita la

rimozione di CO in ambiente acido grazie alla formazione di un enolo. Il processo può

2

avvenire sia con l’intervento dell’H O (2a) che per via intramolecolare (2b)

2

L’enolo poi tautomerizza generando il chetone

Tautomeria

La stessa reazione più essere fatta con il dietilmalonato e l’etil ciano acetato

portando all’ottenimento di un estere o un nitrile

Idrolisi blanda

Idrolisi blanda

In questo caso si parla di ENOLATO EQUIVALENTE

Composti con metileni attivati che sono enolato equivalenti

Reagente Carbanione Enolato equivalente

Esempio: proporre una sintesi per il seguente composto utilizzando reagenti che abbiano fino a 7 atomi di

carbonio Decarbossilazione di beta-cheto acidi –

importante trasformazione metabolica in processi biologici

Questo processo avviene a causa della intrinseca instabilità degli acidi carbossilici in β

a una funzione carbonilica

Ciclo dell’acido citrico – metabolismo aerobico

Citrato Aconitato (2R,3S)-Isocitrato

Il citrato viene isomerizzato a isocitrato via formale eliminazione e addizione di acqua

Ossidazione della funzione alcolica a CO da parte del NAD+ produce un intermedio β-

chetoacido che decarbossila fornendo l’α-chetoglutarrato.

β α

(2R,3S)-Isocitrato -cheto acido -chetoglutarato

Il meccanismo di decarbossilazione non è molto diverso da quello che abbiamo visto

avvenire in soluzione.

La perdita di CO porta alla

2

formazione di un enolato che è

stabilizzato dalla presenza di

un catione Mn(II) presente nel

sito attivo dell’enzima. Enolato

α -chetoglutarato Protonazione dell’enolato porta ad

ottenere il derivato carbonilico

corrispondente

Addizioni Nucleofile di Enolati a Composti Carbonilici

L’addizione di nucleofili all’ossigeno, azoto, zolfo a composti carbonilici è una reazione

che avete già incontrato e studiato. Anche nucleofili al carbonio quali carbanioni

(reagenti di Grignard, alchil litio) o gli enolati possono reagire con derivati carbonilici

portando alla formazione di un nuovo legame C-

C

-

C.

Composto carbonilico Ione enolato Nuovo legame carbonio carbonio

un elettrofilo un nucleofilo

Questa classe di reazioni viene chiamata Condensazione Aldolica o Condensazione di

Claisen a seconda che l’elettrofilo sia un chetone/aldeide o un estere/tioestere

Condensazione aldolica base catalizzata

In ambiente basico si forma l’enolato. In ambiente acquoso la quantità di enolato presente

è molto bassa poichè i protoni legati al carbonio in α al carbonile sono meno acidi di quelli

dell’acqua di diversi ordini di grandezza.

Per cui nell’ambiente di reazione vi è un’elevata quantità di acetaldeide che può reagire

con l’enolato, formando il nuovo legame carbonio-

carbonio

-carbonio

Infine l’alcolato risultante rimuove un protone dall’acqua producendo una β -idrossi

-

aldeide e rigenerando il catalizzatore OH -

β -idrossi aldeide prodotta ha ancora protoni acidi in α ad un carbonile: se l’OH

rimuove un altro protone, generando l’enolato corrispondente, sono possibile due

diverse reazioni:

Condensazione con un’altra molecola di aldeide, ottenendo trimeri o oligomeri

Eliminazione di H O producendo un’aldeide α,

β -insatura

2

La disidratazione del prodotto di una condensazione aldolica avviene con

un meccanismo E1cb

Si forma un doppio legame coniugato con il gruppo carbonilico.

Il meccanismo di eliminazione è diverso da quelli visti in precedenza (E1

(

E1 e E2)

E2

) perchè

vi è inizialmente la formazione di un carbanione, permessa dalla presenza della

-

funzione carbonilica. Inoltre il gruppo uscente è un OH , un gruppo uscente non

particolarmente buono.

Questo meccanismo viene chiamato eliminazione unimolecolare, base coniugata

(E1cb

E1cb).

). Condensazione aldolica acido catalizzata

In ambiente acido si ha la formazione dell’enolo, un nucleofilo molto meno forte

dell’enolato. Però l’ambiente acido rende il C=O un elettrofilo più forte, a causa della

protonazione dell’ossigeno carbonilico Attivazione del carbonile

La deprotonazione porta alla β -idrossi aldeide

Il processo acido base è difficile da fermare a livello di β -idrossi aldeide. L’ambiente

acido favorisce la reazione di eliminazione (E1 o E2)

Reazione Retroaldolica

La condensazione aldolica, indipendentemente dalla catalisi acida o basica è una

reazione di equilibrio. Il processo inverso è denominato reazione retroaldolica

La facitiltà con cui questo processo avviene dipende da effetti sterici alle posizione α

e β rispetto al carbonile.

Condensazione aldolica di chetoni

Chetoni enolizzabili e reattivi possono anch’essi fornire la condensazione aldolica anche

se, molto spesso, i fattori sterici rendono la reazione inversa, la reazione retroaldolica,

più favorevole.

La reazione può essere spostata a destra se si elimina acqua e si forma il derivato α,

β -

insaturo (condizioni acide). ’anellazione

L’applicazione più importante della condensazione aldolica di chetoni è l’anellazione

l

intremolecolare di Robinson.

Condensazione aldolica mista Molti prodotti

β

Aldeide neutra ione enolato -idrossialdeide

L’utilizzo di due aldeidi enolizzabili porta ad ottenere una complessa miscela di

reazione; derivante dalla reazione di entrambi gli enolati con le due aldeidi (4

prodotti) e dai prodotti di eliminazine di acqua, i corrispondenti derivati α,

β -

insaturi (4 prodotti).

Per rendere la condensazione aldolica mista un processo efficace dobbiamo

utilizzare:

• Un’aldeide che non sia enolizzabile

• Uno specifico enolato

• Un metodo enzimatico Aldeidi non enolizzabili: benzaldeide

Come si forma il derivato α,

β -insaturo?

Se il chetone può formare solamente un enolato, la reazione procede agevoltente e si

ottengono elevate rese di un singolo prodotto.

(E)-1,3-Difenil-2-propen-1-one

(Calcone)

L’addizione di un estere enolato ad un’aldeide o chetone è una variante della

condensazione aldolica assistita da un acido di Lewis

Si ha produzione dell’enolato, l’addizione nucleofila al carbonile e la protonazione per

fornire l’alcol

Esercizio. Un carbanione derivato da un’immina o da un’ammide terziaria può

anche reagire con un composto carbonilico. Quale è il prodotto maggioritario

atteso dalle seguenti reazioni?


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DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti di Chimica organica del professor Romeo sugli enolati con attenzione ai seguenti argomenti: formazione degli enolati, alogenazione di chetoni, sintesi di enolati, controllo cinetico e termodinamico, nitrili, reazioni di alchilazione, decarbossilazione, addizioni nucleofile, condensazione aldolica, reazione retroaldolica, condensazione di Claisen, reazione di Knoevenagel.


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 valeria0186 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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