Chimica organica - gli enolati

Enolati

Confronto dei valori di pKa di derivati carbonilici e dei loro analoghi metilenici

Per quali di questi “acidi” si possono generare i corrispondenti anioni in H₂O?

Come si forma un enolato?

L’enolato altro non è che il prodotto di una reazione acido-base di un enolo. Un enolo può anche essere chiamato alcol vinilico. Si può ottenere per idratazione di un alchino. L’enolo però non è un composto stabile e si trasforma velocemente in un composto carbonilico mediante una tautomeria (tautomeria cheto-enolica).

Tautomeria

Forma enolica e forma chetonica:

Meccanismo della tautomeria cheto-enolica

Ambiente acido:

• H₂O come nucleofilo - Formazione dell’idrato
• H₂O come base - Formazione dell’enolo

Meccanismo della tautomeria cheto-enolica (ambiente basico)

Enolato ed enolo:

Formazione di enolati a partire da composti carbonilici

Tautomeria e formazione catalizzata da acidi o basi.

α-Alogenazione di chetoni

Via enolato, condizioni basiche:

• Formazione dell’enolato
• Addizione elettrofila
• Formazione di un enolato (H più acido)
• Addizione elettrofila (dibromo derivato)

Ne consegue che la reazione di mono alogenazione non può essere ottenuta in condizioni basiche. La maggiore reattività dei prodotti può essere sfruttata per la produzione di aloformio (iodoformio, bromoformio, cloroformio).

α-Alogenazione di chetoni (condizioni acide)

• Protonazione del chetone
• Formazione dell’enolo
• Addizione elettrofila -Br agisce da base e rigenera la funzione carbonilica

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 (pKa≈20-25). Generalmente si utilizzano solventi aprotici quali il THF (nel quale LDA è solubile). Con l'LDA e la HDA si utilizza una base non nucleofila, con NaH si ottiene H₂ come prodotto secondario. La posizione di alchilazione al C è quella termodinamicamente favorita!

Cosa avviene se abbiamo un chetone non simmetrico?

Enolato cinetico ed enolato termodinamico:

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). È quello che si forma principalmente se il sistema viene portato all’equilibrio.

Prodotto cinetico e prodotto termodinamico

L’energia di attivazione è minore: questo isomero si forma più velocemente. L’energia di attivazione è maggiore: questo isomero si forma più lentamente ma è termodinamicamente più stabile.

Coordinata di reazione

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 di un prodotto (prodotto cinetico) o dell’altro (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.

Controllo cinetico

Base forte e ingombrata, bassa temperatura.

Controllo termodinamico

Base meno forte poco ingombrata, alta temperatura.

Esercizio

Razionalizzare la selettività di queste due reazioni.

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 S_N2 se 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.

Enolato iniziale

• Primo prodotto
• Chetone di partenza
• Nuovo enolato
• Secondo prodotto

Il nuovo enolato può nuovamente essere alchilato portando al derivato dialchilato. Per cui si ottengono miscele di prodotti polialchilati. In alcuni casi si possono ottenere selettivamente prodotti di mono-alchilazione.

Riscalda a enolati di esteri o nitrili

La pKa 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 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 induttivi l’acidità dei protoni in α.

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 carica 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= 25-26.