Schema chimica organica parte 3

DERIVATI DEGLI ACIDI CARBOSSILICI

reattività

L’ALOGENURO ACILICO è IL PiÙ REATTIVO IL NITRILE è IL MENO REATTIVO

Tutte le reazioni di sintesi dei derivati degli alogenuri acilici avvengono per disidratazione e cioè per perdita di una

molecola d’acqua: infatti perdo sempre il gruppo idrossilico e un H del nuovo sostituente

Nomenclatura

alogenuri acilici da –ICO a –ILE

metto prima il nome dell’acido carbossilico modificando il suffisso e poi aggiungo il nome dell’alogeno.

posso avere degli analoghi solforati (con S al posto di C acilico)

alogeno ile

di R

anidridi anidide.

uso il nome dell’acido carbossilico solo che all’inizio non dico acido ma I nomi sono al femminile

anidride + a.c. al femminile

esteri -ATO

metto prima il gruppo alcilico (la parte proveniente dall’acido car.) sostituendo –ICO con e poi il gruppo alchilico

(la parte proveniente dall’alcol) 72

ato

R di “parte alcolica”

i lattoni : esteri i lattoni originano da un acido carbossilico che presenta anche un idrossito, con una reazione intenra i due reagiscono tra

ciclici loro e si forma un anello.

indico con una lettera greca la distanza tra C acilico e C idrossilico (dimensione dell’anello) e poi uso il nome dell’acido

lattone

carbossilico aggiungendo al posto di –ico lattone

lettera greca – R

•

ammidi –AMMIDE

primarie: formate da acido + NH uso il nome dell’acido e sostituisco –ICO con

3

• :

II e III come prima la parte che era a.c. diventa –ammide ma per indicare i sostituenti legati a N metto prima di tutto

N-sostituente N-sostituente R ammide

la particolarità della ammidi è che il legame C-N è planare e così tutti i carboni legati ad esso stanno tutti sullo stesso

piano. Succede perché il legame C-N ha carattere di doppio legame, infatti non può ruotare e può essere in cis o in

trans (C=O rispetto al sostituente di N)

possono dare legami idrogeno (non sono solo accettori come anidridi e esteri. Perché l’idrogeno di N lega l’O di C=O

lattami : ammidi come nei lattoni indico la distanza tra il C acilico e, questa volta, l’azoto presente già nella catena. Per condensazione

interna si forma un anello di aminoacidi. Come prima metto la lettere greca e poi il nome dell’acido carbo

ciclici , –LATTAME

carbossilico però che termina con lettere greca (distanza) – R lattame

immidi : ammidi N è compreso tra 2 gruppi acili C=O, possono essere sia cicliche che aperte: se è aperta faccio come per le ammidi :

ciclici ma con 2 con N indico che il sostituente è legata alla catena tramite N e poi indico il suo nuome che in questo caso è un acido (e

acili legati come abbiamo detto quando funge da sostituente è un acile : acetile ecc) a sua volta e poi indico il resto della catena

–AMIDE.

all’azoto seguito da ciclico

se invece è indico il nome dell’acido (contando i numeri di carbonio e senza pensare che ho 2 gruppi C=O) e

–IMMIDE.

poi aggiungo sono ancora acidi perché possono dissociare l’H legato a N e stabilizzarlo

bene per risonanza con i 2 gruppi C=O

R-IMMIDE

nitrili –ONITRILE

tengo il nome dell’acido e al posto di –ico ci metto , se invece lo considero come un sostituente (di un anello)

lo chiamo carbonitrile. Sono dati dalla somma dell’acido con i cianuri: infatti il gruppo C≡N è un ottimo nucleofilo.

ll carbonio C≡N è il numero 1

i nitrili sono poco reattivi e per questo sono

buoni solventi polari aprotici

la particolarità è che scompare anche il

gruppo C=O dell’acido.

alcano - nitrile 73

La sostituzione nucleofila acilica – S Ac

N

Come abbiamo visto negli acidi carbossilici è una reazione di addizione eliminazione, in cui un nucleofilo attacca il C

acili e ho la perdita di un gruppo uscente: nel caso degli acidi carbossilici il gruppo uscente era l’ossidrile (che andava

modificato per essere un buon gruppo uscente in acqua) nei derivati degli acidi carbossilici ho diversi gruppi uscenti

con diversa stabilità: più il gruppo uscente è buono e più sarà facile la reazione.

Negli acidi carbossilici avevo visto come ottenere: alogenuri acilici , anidridi , ammidi, e esteri. Ora parto già da derivati

degli acidi carbossilici e posso passare dall’uno all’altro con questa reazione: da un composto più in alto

posso sempre passare a uno

più in basso ma non posso mai

tornare indietro (non avrei una

reazione spontanea perché il

prodotto è istabile)

tutti i derivati degli acidi

carbossilici possono sempre

tornare semplici acidi

carbossilici

un composto sarà più reattivo

se il suo gruppo uscente è

Ac ho

buono perché nella S

N

la sua eliminazione.

I gruppi uscenti in questo caso

sono i sostituenti che rendono

tipici i derivati degli acidi carbossilici e so che:

alogeno > anione carbossilico (anidride) > alcossido (O terminale)>> ammiduro

per questo osservo come tramite S Ac passo da un composto all’altro e come tramite idrolisi posso tornare sempre

N

all’acido carbossilico di partenza.

I derivati degli acidi carbossilici oltre a tutte le reazioni comprese nelle categorie dette sopra possono reagire con

composti organometallici che gli permettono di sommare 2 catene al carbonio acilico, oppure possono ridursi

(formando alcoli, aldeidi o ammine) 74

reattività da alogenuri acilici

S

N a. Alogenuri acilici

Ac b. + ione carbossilato l’ossigeno che porta la carica

COO negativa è un nucleofilo e

– attacca il C. formo un intermedio

in cui per eliminazione di Cl

= anidridi ristabilisco il doppio legame C=O.

c. + alcoli o fenoli è come la reazione degli alcoli a

OH OH-benz dare tosilati.

è meglio se l’alcol è primario.

= esteri uso come solvente la piridina

perché alla fine sequestra l’HCl

il nucleofilo è sempre l’ossigeno dell’OH, l’H viene tolto dalla piridina che si formerebbe

che è una base. Passo da un intermedio tetramerico e poi come al

solito ricostituisco C=O eliminando il gruppo uscente

d. + ammoniaca NH o devo lavorare in eccesso di

3 ammoniaca perché l’HCl che si

ammine R-NH 2 forma alla fine mi ruberebbe

= ammidi reagente

uso come solvente una base

forte sempre per il problema

dell’HCl come prodotto. Se

l’alogenuro inceve è il bromo

posso ancora mettere reagente

doppio e basta

da anidridi

a. Non mi da alogenuri come abbiamo detto non posso

acilici tornare indietro. Infatti se provo a

fare la reazione esce il miglior

gruppo uscente che tra

l’alogeno e lo ione carbossilato è

alogeno più stabile di ione carbossilato l’alogeno

b. Anidridi

c. + alcoli o fenoli catalizzata da acidi e ammine

OH OH-benz terziarie.

il gruppo uscente è lo ione

= esteri carbossilato che poi di protona è

diventa un acido.

in anidridi cicliche apro l’anello

all’altezza dell’O e da una parte

ho la S mentre dall’altra

N,

semplicemente l’O si protona

d. + ammoniaca NH o lavoro sempre in eccesso di

3

ammine R-NH reagente che è una base perché

2

= ammidi alla fine ottengo ione carbossilico

per ammine: N è un miglior nucleofilo di O. quindi sarà sempre lui a che tende sempre a pro tonarsi

fare l’attacco nucleofilo anche se ho un OH o altro rubando H all’ammoniaca.

da esteri

a. + ioni alogenuri non reagiscono con ioni alogenuri come cloruri, bromuri perché

sono gruppi uscenti più stabili

alogenuri acilici

=

b. + ione carbossilato

COO – non reagisce con lo ione carbossilato perché è un gruppo uscente

più stabile

anidridi

=

c. + alcoli permette di passare

transesterificazione

= direttamente da un estere

all’altro senza passare dall’acido

carbossilico. Sostituisco solo il

come al solito con catalisi acida ho prima la protonazione a dare sostituente legato a O

OH e poi l’attacco nucleofilo; mentre nella basica ho subito

l’attacco. Cambia anche la protonazione del gruppo uscente : CO

-

(alcossido ) COH (alcol) 75

d. + ammoniaca NH o ricordo sempre che l’azoto è più

3

ammine R-NH nucleofilo dell’ossigeno

2

= ammidi lattoni, lattami e immidi

non posso ottenere lattoni lattami e immidi da altri derivati di acidi carbossilici ma solo direttamente da acidi carbossilici perché

devo formare degli anelli.

sintesi di lattoni catalisi acida. È una reazione di

equilibrio ma torna indietro solo

per il 10%.

l’acido reagisce con l’idrossile a

opportuna distanza

sintesi di lattami l’amminoacido di partenza

reagisce subito acquistando e

perdendo un protone. Poi

semplicemente con calore si

chiude.

sintesi di immidi ottengo inizialmente un sale

d’ammonio e poi chiudendosi

la reazione è un addizione

idrolisi nucleofila di acqua al carbonio

acilico con eliminazione del

gruppo uscente. Quindi come

no

catalisi prima sarà più spontanea più il

gruppo uscente è stabile.

in conclusione risulta una

reazione di sostituzione:

sostituente con OH dell’acqua

idrolisi acida reversibile

catalisi

acida idrolisi basica: ottengo un

basica carbossilato che non può più

tornare indietro

cond

drastich il questo caso il gruppo uscente

rimane legato alla molecola

esteri e alogenuri + ho una reazione addizione-

altre composti organometallici eliminazione che attacca la

(grignard o litio composti) catena del grignar e stacca l’OR

reazioni dell’estere o l’alogenuro: ottengo

= alcol secondari o terziari un chetone ;

poi però la reazione non si ferma

perché il grignard reagisce

ancora con il chetone arrivando

fino a alcol con 2 catene

provenienti dal grignard

reazioni di riduzione: la riduzione dei derivati di acidi carbossilici puù essere fatta con riducenti più o meno forti: uso sempre il

litio alluminio idruro ma in forme più o meno ingombrate in modo che reagisca diversamente:

LiAlH > DIBAL-H > LiAlH[OC(CH ) ]

[(CH ) CHCH ] AlH

4 3 2 3

3 2 2 2

• l’alogeno è un buon gruppo

Di alogenuri acilici uscente e per questo sono super

reattivi: per potermi fermare a

aldeide infatti devo usare il più

ingombrato in assoluto e meno

nucleofilo. 76

• Di esteri il loro gruppo uscente RO- che

poi si protona. Gli esteri sono

meno reattivi degli alogenuri

acilici e quindi riesco a fermarmi

a aldeide anche semplicemente

con DIBAL-H

• ammidi questa volta non portano a alcoli

ma a ammine.

da ammide 1° ottengo ammina

1° e così via, con lo stesso

meccanismo

• di nitrili a seconda del reagente posso

ottenere ammine o fermarmi ad

aldeidi

MECCANISMI

1. Reazioni di S Ac con alogenuri acilici

N

In nucleofilo

tutte le reazioni ho inizialmente l’attacco (il nuovo gruppo che voglio attaccare) sul carbonio acilico che è

un intermedio tetramerico

reso parzialmente elettrofilo (positivo) dall’ifluenza dell’alogeno. Arrivo poi alla formazione di

riarrangiemento doppio legame C=O

in cui ho un per riformare il e quindi l’eliminazione di uno dei 4 gruppi legati che

sarà il più stabile e che in questo caso è sempre l’alogeno (rispetto al nuovo sostituente inserito)

b. Con ioni carbossilato a dare anidridi

c. con alcoli (o fenoli) a dare esteri nel momento in cui ho l’intermedio

tetramerico noto l’importanza della base

che deprotona l’alcol formando così

l’estere.

La base è: e cioè basi terziarie e ha come ruolo anche quello di sequestrare H+ in modo che non si formi acido

cloridrico 77

d. con ammoniaca o ammine a dare ammidi

solito procedimento ma alla fine noto che l’ammoniaca serve anche come tampone per la formazione di HCl

esempi: lavoro sempre in eccesso di ammoniaca e

ammidi perché essendo della basi reagiscono e

non sono più nucleofile come azoti quaternari:

(NH RNH )

4 3

Ac con anidridi

2. Reazioni di S N

La reazione funziona sempre allo stesso modo ma questa volta ho la rottura della catena in due all’altezza dell’O

compreso tra i 2 C=O : da un lato troverò il nuovo sostituente mentre dall’altro semplicemente un OH dando vita

nuovamente a un acido carbossilico

c. Con alcoli (o fenoli) a dare esteri quando si forma l’intermedio tetramerico

ho il solito riarrangiamento per riformare il

doppio legame che casa la rottura del

il gruppo uscente

legame con l’ossigeno :

è l’alcol che rappresentava metà

dell’anidride

d. Con ammoniaca o ammine a dare ammidi come prima nel momento dei

riarrangiamento ho la rottura

all’altezza dell’ossigeno. La

differenza è che l’ammina o

l’ammoniaca (che per questo deve

essere in eccesso) interviene per

deprotonare quella appena legata

in modo da stabilizzarne il legame.

l’azoto è un

Devo ricordare che

miglior nucleofilo dell’ossigeno e

quindi anche in presenza di ossidrili

l’attacco nucleofilo verrà sempre fatto da N e non da O 78

3. Reazioni di S Ac con anidridi

N

c. Con alcoli a dare trasesterificazione (altri ester)

È una reazione di equilibrio e mi permette di ottenere nuovi esteri senza passare dalla forma acolica: faccio reagire

quindi l’estere con un alcol e sostituisco la catena legata all’ossigeno con quella nuova. Questa reazione può essere

fatta in catalisi acida o basica: come al solito con la catalisi basica

ho prima protonazione e poi

attacco nucleofilo. Come al solito

dopo il riarrangiamento ho perdita

gruppo uscente che è il

del

vecchio alcol.

Il nucleofilo è un alcol che in

presenza della base si deprotona e

diventa un nucleofilo ancora più

forte (alcossido) anche il gruppo

uscente dissocia e da alcol ho un alcossido

d. Con ammoniaca o ammine a dare ammidi ricordo sempre il N è più nucleofilo di

O.

la reazione si muove come al solito. La

reazione deve essere scaldata

4. Idrolisi

Di esteri

Di ammidi

Di lattoni 79

5. Reazione degli esteri e alogenuri con composti organimetallici

Se parto da un estere che invece di una catena R ha un H (derivato dell’acido formico) ottengo un alcol 2° i cui 2

sostituenti provengono entrambi dal grignard.

Posso usare grignard o litio componenti che si comportano allo stesso modo:

6. Reazione di riduzione

Come agente riducente uso il litio alluminio idruro molto forte ma ingombrandolo posso diminuirela sua forza riducente:

è un riducente semplicemente

poco seletivo ingombrato

a differenza spazialmente

del sodio boro

idruro che è gli ossigeni

specifico per diminuiscono la

chetoni nucleofilicità

perché ridiscribuisc.

le cariche

Alogenuri alchilici e esteri Ho l’attacco del riducente che lega un

idrogeno (come prima gli attacchi nucleofili)

Ho il solito intermedio tetramerico e

riarrangiamento per riformare il doppio

legame C=O del chetone e perdita

dell’alogenuro o dell’estere.

Se la reazione prosegue ho un nuovo

attacco che porta alla rottura del doppio

legame e alla formazione semplicemente di

OH : alcol 80

Ammidi

La reazione è diversa perché l’eliminazione di ammiduro : -NH , -NHR o –NR è un processo sfavorito. Non ho più

2 2

ricostruzione del doppio legame sull’ossigeno ma il contrario: è più favorita la formazionedell’ammina e perdo

l’ossigeno come prima ho l’attacco del litio all’umino

idruro che cede un H (come prima il solito

attacco nucleofilo) però nel momento

dell’intermedio si elimina l’ossigeno.

Ho un secondo attacco da parte del

riducente che lega un altro protone

eliminando così il doppio legame con N

Nitrili ho subito il doppio attacco

dell’agente riducente che

legando 2 H porta tutti legami

semplici. L’N da solo non ci sta e

lega 2 H per formare NH

2

il riducente più debole fa un

solo attacco matenendo così il

doppio legame C=N ; come prima N deve impiegare tutti e 3 i suoi legami allora lega un H.

idrolisi di immina

avviene poi la reazione con acqua di che quindi mi porta a formare l’acido carbossilico

corrispondente.

Riassumendo 81

REAZIONI DI SOSTITUAIOZNE AL CARBONIO DEI COMPOSTI CARBONILICI E

REAZIONI DI CONDENSAZIONE CARBONILICA

GLI ENOLI

Normalmente in un legame C-H non ho nessuna acidità perché hanno uguale elettronegatività. Nel

caso invece di carbonio in posizione alfa rispetto a un gruppo carbonilico ho uno spostamento di

elettroni verso l’ossigeno più elettronegativo che indebolisce il legame tra C-H e che rende questo

idrogeno acido, e cioè facile da togliere da parte di una base dando vita a un enolato.

un chetoni infatti può reagire nel suo carbonio in alfa passando attraverso la forma di enolo o enolato in cui può legare

degli elettrofili: sotto forma di enolo o enolato un elettrofilo (positivo) attacca il carbonio in alfa inserendosi come

sostituente. composti - dicarbossilici che formano enoli stabili

Fanno eccezione nella formazione di enoli i ciò perché i 2 gruppi

carbossilici vicini si stabilizzano tra loro formando doppi legami coniugati e nella forma enolica possono anche formare

legami idrogeno tra loro