Chimica organica III

Indice

1 Indice ......................................................................................................................................... 1

2 Introduzione al corso ................................................................................................................. 5

3 Reattività degli alcheni di tipo 1 o alcheni nucleofili ................................................................ 7

3.1 Regioselettività di formazione degli enolati a partire da chetoni non simmetrici .............. 9

3.2 Fattori stereoelettronici ..................................................................................................... 11

3.3 Attacchi regioselettivi al C ................................................................................................ 11

3.4 Enolati estesi ..................................................................................................................... 12

3.5 α-alogenazione a composti enolizzabili ........................................................................... 16

3.5.1 α-alogenazione di cloruri acidi .................................................................................. 17

3.5.2 α-alogenazione di esteri e ammidi terziarie .............................................................. 18

3.5.3 Alogenazione di chetoni non simmetrici ................................................................... 19

3.5.4 α-alogenazione delle aldeidi ...................................................................................... 19

3.5.5 Preparazione di chetoni non simmetrici .................................................................... 20

3.6 Alchilazione degli enolati ................................................................................................. 21

3.6.1 Alchilazione su enammine ......................................................................................... 22

3.6.2 Alchilazione di aldeidi e chetoni con alogenuri primari ............................................ 25

3.6.3 Alchilazione di sililenoleteri ...................................................................................... 27

3.6.4 Alchilazione di enolati estesi ..................................................................................... 28

3.7 Acilazione degli enolati .................................................................................................... 34

3.7.1 Reazione di composti a metileni attivati .................................................................... 37

3.8 La condensazione aldolica ................................................................................................ 37

3.8.1 Reazione di Henry ..................................................................................................... 38

3.8.2 Reazione di Claisen-Smidth ...................................................................................... 39

3.8.3 Reazione aldolica diretta di sililenoleteri o reazione di Mukaiyama ......................... 44

3.8.4 Condensazioni aldoliche su enolati estesi ................................................................. 46

3.9 Reazioni di condensazione di tipo aldolico ...................................................................... 49

3.9.1 Reazione di Claisen ................................................................................................... 49

3.9.2 Condensazione di Stobbe ........................................................................................... 49

3.9.3 Reazione di Reformatsky ........................................................................................... 50

3.9.4 Reazione di Perkin ..................................................................................................... 50

3.9.5 Reazione di Darzen o dell’estere glicidico ................................................................. 51

3.9.6 Reazione di Knoevenagel .......................................................................................... 52

3.9.7 Reazione di Doebner ................................................................................................. 54

3.9.8 Reazione di Mannich ................................................................................................. 55

3.9.9 Condensazione di Claisen .......................................................................................... 58

3.10 Condensazione di Claisen incrociata ............................................................................. 58

3.10.1 Condensazione di Claisen incrociata tra chetoni e esteri non enolizzabili ................ 59

3.10.2 Condensazione di Dickman ....................................................................................... 60

3.10.3 Condensazione di Thorpe .......................................................................................... 61

Reattività degli alcheni di tipo 2 o alcheni elettrofili

4 Reattività degli alcheni di tipo 2 o alcheni elettrofili .............................................................. 62

4.1.1 Reazione di Michael .................................................................................................. 63

4.1.2 Condensazione aldolica intramolecolare ................................................................... 68

4.1.3 Anellazione di Robinson ........................................................................................... 70

4.1.4 Reazione di Morita-Baylis-Hillman (M.B.H.) ........................................................... 74

Alcheni coniugati del terzo tipo

5 Alcheni coniugati del terzo tipo ............................................................................................... 77

5.1 Reazioni elettrocicliche ..................................................................................................... 78

5.1.1 Modello degli orbitali di frontiera ............................................................................. 79

5.1.2 Modello della simmetria degli orbitali ...................................................................... 80

5.1.3 Modello aromatico ..................................................................................................... 82

5.1.4 Reazioni elettrocicliche fotochimiche ....................................................................... 83

5.2 Reazioni di cicloaddizione e cicloreversione .................................................................... 85

5.2.1 Cicloaddizioni +π fotochimiche ........................................................................... 88

5.2.2 Reazione di Paterno-Büchi ........................................................................................ 89

5.2.3 Reazioni +π (Diels-Alder) .................................................................................. 90

5.2.4 Ciclizzazioni 1,3 dipolari ........................................................................................... 99

5.2.5 Ciclizzazione 1,3-dipolare di Wisgen o reazione di click ....................................... 102

5.2.6 Reazioni enica (ene-reaction) .................................................................................. 103

5.2.7 Reazione oxiene ....................................................................................................... 105

5.3 Preparazione degli alcheni .............................................................................................. 106

5.3.1 Reazione di Wittig ................................................................................................... 107

5.3.2 Reazione di Wittig-Schlosser o modifica si Schlosser ............................................ 112

5.3.3 Reazione di Stille e Gennari .................................................................................... 113

5.3.4 Reazione di Wittig-Horner ...................................................................................... 114

5.3.5 Olefinazione di Peterson .......................................................................................... 116

5.3.6 Preparazione di trialchil silani a partire da alchini terminali ................................. 117

5.3.7 Metodo di Barrett ..................................................................................................... 118

5.3.8 Olefinazione di Juliá (metodo originale) ................................................................. 119

5.3.9 Modifica di Christian Juliá ...................................................................................... 120

5.3.10 Modifica di Kociensky alla Juliá modificata ........................................................... 120

Reazioni di ossidazione e riduzione

6 Reazioni di ossidazione e riduzione ...................................................................................... 121

6.1 Reazioni di transfert di idruro ......................................................................................... 121

6.1.1 Reazione di Cannizzaro ........................................................................................... 121

6.1.2 Reazione di Meerwein Schmidt Ponndorf Verley .......................................... 123

6.1.3 Reazione di Tischenko ............................................................................................. 124

6.1.4 Metilazione esauriente di Eschweiler Clarke ....................................................... 125

6.2 Hydrogen borrowing (prestito di idrogeno) .................................................................... 126

6.2.1 Reazione di alchilazione di ammine ........................................................................ 126

6.2.2 Reazione di alchilazione di alcoli ............................................................................ 128

6.2.3 Alchilazione di chetoni con alcoli ........................................................................... 128

6.3 Reazioni di ossidazione in mezzi non convenzionali ..................................................... 129

6.3.1 Uso del dimetilsolfossido attivato ........................................................................... 130

6.3.2 Diossirani come mezzi ossidanti ............................................................................. 134

6.3.3 Ossidazione con periodinano di Dess-Martin .......................................................... 138

6.3.4 Ossidazione promossa da sali di ossoammonio ....................................................... 140

Le trasposizioni

7 Le trasposizioni ...................................................................................................................... 145

7.1 Trasposizioni 1,2 ............................................................................................................. 145

7.1.1 Trasposizione di Wagner-Meerwein ....................................................................... 147

7.1.2 Trasposizione pinacolinica ...................................................................................... 150

7.1.3 Trasposizioni semi-pinacoliniche ............................................................................ 152

7.1.4 Trasposizione aciloinica .......................................................................................... 153

7.1.5 Trasposizione dienone-fenolo e dienolo-benzene ................................................... 153

7.1.6 Trasposizione benzilica ........................................................................................... 155

7.1.7 Trasposizione di Favorskii ....................................................................................... 156

7.1.8 Reazione o sintesi di Arndt-Eistert .......................................................................... 157

7.1.9 Omologazione di composti carbonilici .................................................................... 158

7.2 Trasposizioni 1,2 C-N ..................................................................................................... 160

7.2.1 Trasposizione o degradazione di Hofmann ............................................................. 160

7.2.2 Reazione di Curtius ................................................................................................. 160

7.2.3 Reazione di Schmidt ................................................................................................ 161

7.2.4 Trasposizione di Beckmann delle ossime ................................................................ 162

7.3 Trasposizioni 1,2 C-O ..................................................................................................... 163

7.3.1 Reazione di Baeyer-Villiger .................................................................................... 163

7.3.2 Trasposizione degli idroperossidi ............................................................................ 164

Trasposizioni sigmatropiche

8 Trasposizioni sigmatropiche .................................................................................................. 166

8.1 Trasposizioni sigmatropiche [1,j] di H ........................................................................... 166

8.1.1 Trasposizioni sigmatropiche [1,3] di H ................................................................... 166

8.1.2 Trasposizioni sigmatropiche [1,5] di H ................................................................... 168

8.1.3 Trasposizioni sigmatropiche [1,7] di H ................................................................... 169

8.2 Trasposizioni sigmatropiche [1,j] di C ............................................................................ 170

8.2.1 Trasposizioni sigmatropiche [1,3] di C ................................................................... 170

8.2.2 Trasposizioni sigmatropiche [1,5] di C ................................................................... 171

8.3 Trasposizioni sigmatropiche [3,3] .................................................................................. 172

8.3.1 Trasposizione di Cope ............................................................................................. 172

8.3.2 Trasposizione di Claisen .......................................................................................... 175

Bibliografia

9 Bibliografia ............................................................................................................................ 180

Introduzione al corso

Il corso si svolgerà sulla base di criteri di selettività delle reazioni: chemoselettività; regioselettività; stereoselettività. Nell’ambito del corso verrà preso in considerazione un gruppo funzionale composto da un doppio legame coniugato. Possono essercene di vario tipo:

• I° tipo (alcheni con caratteristiche nucleofile)
• II° tipo (alcheni con caratteristiche elettrofile)
• III° tipo (alcheni coniugati ad un altro doppio legame)

L’importanza di questo tipo di alcheni coniugati rispetto ad alcheni semplici o comunque non appartenenti ai tre gruppi sopra riportati risiede nella forte direzionalità delle reazioni effettuate con queste specie chimiche. Un esempio può essere effettuato considerando un tipo semplice di alchene coniugato con un gruppo elettrondonatore: addizione di un alogeno in ambiente acido su un viniletere.

Il meccanismo tende a far notare che grazie alla risonanza instaurata a seguito dell’addizione del protone il carbocatione in α al gruppo elettronattrattore è molto stabilizzato e l’ingresso del nucleofilo potrà avvenire in maniera selettiva su tale posizione. Non si verranno a formare quindi miscele regioisomeriche e prodotti indesiderati.

Prendendo invece in considerazione un alchene coniugato ad un gruppo elettronattrattore si ha una direzionalità differente a causa della polarizzazione di tale gruppo. Una carica positiva in α alla molecola. Per tale motivo l’addizione del protone avverrà su una posizione differente rispetto a quella dell’esempio precedente e il carbocatione così formato non destabilizzerà eccessivamente la molecola.

Gli alcheni del III° tipo hanno anch’essi una reattività particolare. Il gruppo non può essere schematizzato a due semplici doppi legami. Tutti e quattro gli atomi di carbonio devono essere considerati come un unico gruppo funzionale. L’ibridizzazione elettronica infatti non è localizzata sui singoli legami doppi, ma è disposta su tutti e quattro gli atomi di carbonio.

L’alta direzionalità fino ad ora mostrata potrà essere quindi sfruttata oltre che per la formazione di legami carbonio-eteroatomo anche per la formazione di legami carbonio-carbonio.

Reattività degli alcheni di tipo 1 o alcheni nucleofili

Per poter preparare la forma nucleofila di questi composti è necessario che essi abbiano degli idrogeni mobili (cioè dei protoni che presentino una acidità più alta del normale) e che tali idrogeni possano essere strappati con opportune basi. L’acidità di un idrogeno aumenta per l’effetto induttivo di un gruppo elettronegativo in α rispetto ad esso.

• Nitrocomposti
• Chetoni
• Aldeidi
• Esteri
• Ammidi terziarie (l’idrogeno ammidico sarebbe troppo acido e competerebbe)
• Nitrili
• Solfonati
• Solfossidi

Gli enolati sono formati a seguito dell’allontanamento di un idrogeno acido (reso tale dal gruppo elettronattrattore in α) ad opera di una base opportuna. Per poter preparare l’anione enolato, una base, è necessario utilizzare una base più forte, cioè un composto con una pKa (la forma protonata) più alta di quella che avrebbe la forma protonata dell’enolato. Più forte sarà la base quindi, più sarà facile strappare il protone acido dell’enolo.

Una ottima base, capace di deprotonare molte specie in maniera quantitativa è la LDA (Litio Diisopropil Ammide). La pKa della LDA è circa 36 ed esistono basi ancor più forti. Il motivo per cui è utilizzata la LDA anziché un litioalchile quale il BuLi (pKa ~50) è legato al fatto che la LDA è un’ottima base ma un peggior nucleofilo rispetto al butillitio, in quanto più ingombrata. Altre basi che possono essere utilizzate per ottenere un enolato sono la LTMP (Litio Tetra Metil Piperiduro, pKa ~37) e la LHMDS (Litio Hesa Metil Disilazzide, pKa 26). Anche queste basi sono ampiamente utilizzate e preferite al butillitio in quanto più ingombrate.

Ognuna di queste basi litiate è preparata trattando il corrispettivo composto idrogenato con butillitio.

Tra nitrometano e nitroetano possiamo vedere che, per la reazione di formazione dell’enolato, la K