1

16. Substytucja w pozycji

α

α

α

α

do grupy karbonylowej. Reakcje kondensacji związków

karbonylowych.

(konwersatorium, gr. D1 – Chemia, II rok, 2011/2012Z)

Zagadnienia

a) Tautomeria keto-enolowa. Tworzenie enolu katalizowane kwasem oraz zasadą. Kwasowość atomów

wodoru

α

– tworzenie jonu enolanowego.

b) Mechanizm oraz reakcje substytucji w pozycji

α

: a)

α

-halogenowanie ketonów (katalizowane kwasem lub

zasadą; w tym również reakcja haloformowa-halogenowanie wielokrotne); b)

α

-bromowanie kwasów

karboksylowych /reakcja HVZ: Hella-Volharda-Zielińskiego/; c) alkilowanie jonów enolanowych (i. keton
lub ester+I-rz. halogenek alkilowy+zasada: diizopropyloamidek litu, LDA, (i-Pr)

2

N

-

Li

+

/metoda przydatna

również do alkilowania nitryli w pozycji

α

/; ii. alkilowanie z wykorzystaniem estru malonowego (malonian

dietylu+zasada: etanolan sodu CH

3

CH

2

O

-

Na

+

+halogenek alkilowy→alkilowa lub dialkilowa pochodna

estru malonowego, która po hydrolizie i dekarboksylacji /H

3

O

+

, ogrzew./ daje podstawiony kwas

monokarboksylowy); iii. alkilowanie z wykorzystaniem estru acetylooctowego (acetylooctan etylu+zasada:
etanolan

sodu

CH

3

CH

2

O

-

Na

+

+halogenek

alkilowy→alkilowa

lub

dialkilowa

pochodna

estru

acetylooctowego, która po hydrolizie i dekarboksylacji /H

3

O

+

, ogrzew./ daje

α

-monopodstawiony lub

α,α

-dipodstawiony aceton).

c) Mechanizm oraz reakcje kondensacji związków karbonylowych: a) kondensacja aldolowa: „symetryczna”

/autokondensacja/, krzyżowa /mieszana/ oraz wewnątrzcząsteczkowa (aldehyd lub keton /względnie zw.
dikarbonylowy/+zasada:

CH

3

CH

2

O

-

Na

+

lub

NaOH→

β

-hydroksyaldehyd

lub

β

-hydroksyketon

/otwartołańcuchowy lub cykliczny/; aldole w dalszym etapie mogą dehydratować do

α

,

β

-nienasyconych

związków karbonylowych /kat. H

3

O

+

lub OH

-

/); ii. kondensacja Claisena: „symetryczna” i krzyżowa

/mieszana/ (ester+zasada: CH

3

CH

2

O

-

Na

+

→

β

-oksoester); iii. wewnątrzcząsteczkowa kondensacja Claisena

/tzw. cyklizacja Dieckmanna/ (diester+zasada: CH

3

CH

2

O

-

Na

+

→cykliczny

β

-oksoester); iv. reakcja

Michaela (addycja sprzężona C-H kwasu (m. in. połączeń enolizujących) do karbonylowego związku

α

,

β

-nienasyconego); v. reakcja enaminowa Storka (III etapy: I. tworzenie enaminy z ketonu, II. addycja

typu Michaela do

α

,

β

-nienasyconego związku karbonylowego /enaminy mogą ulegać również substytucji

do halogenków acylowych lub reaktywnych halogenków alkilu/, III. hydroliza powstałej enaminy
z odtworzeniem ketonu).

d) Annulacja Robinsona (reakcja Michaela oraz następująca po niej wewnątrzcząsteczkowa kondensacja

aldolowa, →tworzenie związków cyklicznych).

e) Przewidywanie produktów reakcji kondesacji zwiazków karbonylowych. Analiza retrosyntetyczna

produktów powstałych w wyniku kondensacji zw. karbonylowych (rozpoznawanie substratów na podstawie
struktury produktów).

Zadania

1. W każdej z poniższych cząsteczek wskaż najbardziej kwasowy atom wodoru, oraz narysuj najważniejsze

struktury rezonansowe dla anionu powstałego po usunięciu tego protonu.

a)

COOH

b)

O

O

c)

CN

O

O

OH

d)

e)

O

COOCH

3

f)

COOCH

3

CN

g) CH

3

CH CH

C

O

H

h) CH

2

CH CH

2

C

O

H

2. Uszereguj przedstawione związki w kolejności wzrastającej kwasowości.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

O

O

OCH

3

O

O

O

COOH

O

O

OCH

3

CN

CH

2

OH

O

OCH

3

2

3. Przedstaw produkty poniższych reakcji.

a)

O

O

O

1.CH

3

O Na

2. CH

3

I

3. H

3

O , ogrzew.

b)

O

O

O

1.CH

3

CH

2

O Na

2. H

3

O , ogrzew.

c)

O

H

Ph

CH

3

CH

3

1. LDA

2. CH

3

(CH

2

)

2

Br

d)

O

H

O

OH

e)

N

Ph

O

1. H

2

C

CH CH

2

Br

2. H

3

O

f)

O

O

OCH

3

1.CH

3

O Na

2. CH

3

(CH

2

)

3

Br

g) produkt reakcji f)

H

3

O

ogrzew

(dekarboksylacja)

4. Zaproponuj sposób wydajnego przeprowadzenia poniższych syntez używając dowolnych, niezbędnych

reagentów.

O

a)

O

Br

b)

COOH

COOH

Br

O

O

c)

O

d)

O

H

e)

O

CHO

O

O

Ph

5. Przedstaw sposób syntezy poniższych związków wykorzystując w tym celu malonian dietylu.

a)

b)

c)

COOH

COOH

O

OH

6. Przedstaw sposób syntezy poniższych związków wykorzystując w tym celu acetylooctan etylu.

O

a)

b)

O

c)

O

(rozważyć heptano-2,6-dion
jako związek pośredni)

7. Przedstaw produkty poniższych kondensacji aldolowych (przed i po dehydratacji). Podaj dokładny

mechanizm reakcji a).

a)

O

H

OH

b)

O

O

OH

c)

CHO

O

2

OH

d)

H

O

H

2

C O

OH

8. Przedstaw produkty przedstawionych poniżej kondensacji Claisena. Podaj dokładny mechanizm reakcji a).

O

O

a)

b)

CH

3

O Na

CH

3

OH

COOCH

3

O

CH

3

OH

CH

3

O Na

c)

O

O

O

O

CH

3

O Na

CH

3

OH

(cykl. Dieckmanna)

d)

O

O

O

O

O

CH

3

OH

CH

3

O Na

e)

O

O

OCH

3

CH

3

CH

3

O Na

CH

3

OH

(1 mol)

3

9. Zaproponuj substraty z jakich można zsyntetyzować przedstawione produkty na drodze kondensacji

aldolowej, Claisena lub innych.

a)

CHO

b)

COOC

2

H

5

O

c)

O

O

O

d)

e)

O

f)

O

O

10. Przedstaw substraty z jakich można zsyntetyzować przedstawione produkty na drodze annulacji Robinsona.

a)

b)

c)

O

O

O

11. Zapisz równania reakcji pokazujące spodziewane produkty addycji Michaela przedstawionych enamin do

α

,

β

-nienasyconych związków karbonylowych.

a) 1. N-(cykloheks-1-enylo)pirolidyna + pent-1-en-3-on; 2. H

3

O

+

(hydroliza soli iminowej);

b) 1. N-(cykloheks-1-enylo)piperydyna + propenian etylu; 2. H

3

O

+

(hydroliza).