RJC
1
Addycje Nukleofilowe do
Addycje Nukleofilowe do
Addycje Nukleofilowe do
Grupy Karbonylowej
Grupy Karbonylowej
Grupy Karbonylowej
O OH
O
+H
Nu
R C H R C H
C
R H
Nu Nu
Slides 1 to 29
RJC
Addycja vs Substytucja
Addycja vs Substytucja
2
Atom C w grupie karbonylowej (�+) jest podatny
Atom C w grupie karbonylowej (�+) jest podatny
na atak odczynnika nukleofilowego Nu; w
na atak odczynnika nukleofilowego Nu; w
zale\
ności od substratu, reakcja mo\
e prowadzić
zale\
ności od substratu, reakcja mo\
e prowadzić
albo do addycji, albo do substytucji.
albo do addycji, albo do substytucji.
-
O
O� OH
subn addn
C �+
C R C X
R Nu
R X
Nu
Nu
RJC
Addycje Nukleofilowe : X=H
Addycje Nukleofilowe : X=H
3
Poniewa\
atom H nie mo\
e stabilizować ładunku
Poniewa\
atom H nie mo\
e stabilizować ładunku
ujemnego, jest on bardzo złą grupą odchodzącą.
ujemnego, jest on bardzo złą grupą odchodzącą.
Atak odczynnika Nu prowadzi do powstania
Atak odczynnika Nu prowadzi do powstania
produktu addycji.
produktu addycji.
O OH
O
+H
Nu
R C H R C H
C
R H
Nu Nu
RJC
Addycje Nukleofilowe : X = R
Addycje Nukleofilowe : X = R
4
Poniewa\
podstawniki typu R (alkil, aryl) nie
Poniewa\
podstawniki typu R (alkil, aryl) nie
stabilizują ładunku ujemnego, to takie grupy są
stabilizują ładunku ujemnego, to takie grupy są
bardzo złymi grupami odchodzącymi; atak
bardzo złymi grupami odchodzącymi; atak
odczynnika Nu prowadzi do powstawania
odczynnika Nu prowadzi do powstawania
produktów addycji.
produktów addycji.
O OH
O
+H
Nu
R C R R C R
C
R R
Nu Nu
RJC
Nukleofile z A
adunkiem Ujemnym
Nukleofile z A
adunkiem Ujemnym
5
Nukleofile mogą stanowić cząsteczki naładowane
Nukleofile mogą stanowić cząsteczki naładowane
ujemnie (aniony).
ujemnie (aniony).
O OH
O
+H
Nu
R C R R C R
C
R R
Nu Nu
" "
" " " "
"
"
Br"
" "
HO" CH3O
" "
" " " "
" "
jon hydroksylowy jon bromkowy jon metoksylanowy
RJC
Nukleofile bez A
adunku (Obojętne)
Nukleofile bez A
adunku (Obojętne)
6
Nukleofile obojętne, po addycji do grupy
Nukleofile obojętne, po addycji do grupy
karbonylowej tracą jon H+; w ten sposób dają
karbonylowej tracą jon H+; w ten sposób dają
produkty obojętne (bez ładunku).
produkty obojętne (bez ładunku).
O OH
O
NuH
R C R R C R
C
R R
NuH Nu
" " " "
" "
H2" " CH3" "
O OH
NH3
woda amoniak metanol
RJC
Aldehydy vs Ketony
Aldehydy vs Ketony
7
Aldehydy są bardziej reaktywne ni\
ketony;
Aldehydy są bardziej reaktywne ni\
ketony;
powodem jest zmniejszona zawada steryczna
powodem jest zmniejszona zawada steryczna
(przestrzenna) w aldehydach (łatwiejsze
(przestrzenna) w aldehydach (łatwiejsze
podejście nukleofila).
podejście nukleofila).
90�
acetaldehyd
90�
aceton
RJC
Diagram Energetyczny Reakcji
Diagram Energetyczny Reakcji
8
Szybkość reakcji jest zdeterminowana przez
Szybkość reakcji jest zdeterminowana przez
wartość energii aktywacji "G! ; równowaga
wartość energii aktywacji "G! ; równowaga
pomiędzy produktami i substratami jest określona
pomiędzy produktami i substratami jest określona
energią końcowych produktów (względem
energią końcowych produktów (względem
substratów), czyli wartością "Go.
substratów), czyli wartością "Go.
OH
R C R
Nu
Energia
O
C
R R
"G! "Go
Postęp reakcji
RJC
Na Przykład ... Aceton
Na Przykład ... Aceton
9
Dodatnia wartość + "Go oznacza reakcję
Dodatnia wartość + "Go oznacza reakcję
endotermiczną, w której, w stanie równowagi,
endotermiczną, w której, w stanie równowagi,
preferowane są substraty.
preferowane są substraty.
OH
CH3 C CH3
Nu
energia
O
C
CH3 CH3
"Go
postęp reakcji
RJC
Na Przykład ... Formaldehyd
Na Przykład ... Formaldehyd
10
Ujemna wartość -"Go oznacza reakcję
Ujemna wartość -"Go oznacza reakcję
egzotermiczną, w której stan równowagi preferuje
egzotermiczną, w której stan równowagi preferuje
produkty.
produkty.
-"Go
energia
OH
O
H C H
C
H H
Nu
postęp reakcji
RJC
Wpływ pH na Szybkość Reakcji
Wpływ pH na Szybkość Reakcji
11
Szybkość reakcji addycji nukleofilowej do grupy C=O jest
Szybkość reakcji addycji nukleofilowej do grupy C=O jest
uzale\
niona od wartości pH.
uzale\
niona od wartości pH.
Warunki obojętne : brak aktywacji
Warunki kwasowe : aktywują substrat
karbonylowy
Warunki zasadowe : aktywują nukleofil
RJC
Odczyn Obojętny
Odczyn Obojętny
12
Ani nukleofil, ani substrat karbonylowy nie
Ani nukleofil, ani substrat karbonylowy nie
ulegają aktywacji.
ulegają aktywacji.
O OH
O
+H
Nu
R C R R C R
C
R R
Nu Nu
RJC
Odczyn Kwasowy
Odczyn Kwasowy
13
Atom tlenu w grupie C=O jest protonowany,
Atom tlenu w grupie C=O jest protonowany,
wskutek czego staje się ona  uaktywniona wobec
wskutek czego staje się ona  uaktywniona wobec
odczynnika nukleofilowego (bardziej podatna na
odczynnika nukleofilowego (bardziej podatna na
atak nukleofila).
atak nukleofila).
O
OH OH
+H
C
C C
R R
R R R R
Nu
RJC
Na Przykład ... Aceton
Na Przykład ... Aceton
14
Aktywacja kwasowa powoduje, \
e woda jako
Aktywacja kwasowa powoduje, \
e woda jako
słaby nukleofil reaguje z acetonem dając jego
słaby nukleofil reaguje z acetonem dając jego
hydrat.
hydrat.
O
OH
+H
CH3 CH3
CH3 CH3
-H
-H2O +H2O
OH
OH
+H
CH3 CH3
CH3 CH3
-H
OH
OH2
RJC
Odczyn Zasadowy
Odczyn Zasadowy
15
Słabe nukleofile mogą ulec deprotonowaniu przez
Słabe nukleofile mogą ulec deprotonowaniu przez
zasadę, dając lepsze (bardziej aktywne) nukleofile
zasadę, dając lepsze (bardziej aktywne) nukleofile
anionowe.
anionowe.
NuH + B Nu + BH
RJC
Na Przykład ...
Na Przykład ...
16
Słaby nukleofil H2O mo\
e zostać przeprowadzony
Słaby nukleofil H2O mo\
e zostać przeprowadzony
w silniejszy nukleofil, jakim jest anion
w silniejszy nukleofil, jakim jest anion
-
hydroksylowy HO-.
hydroksylowy HO .
H2O + B HO + BH
RJC
Reakcje Prowadzące do Utworzenia
Reakcje Prowadzące do Utworzenia
Wiązania C-C
Wiązania C-C
17
Reakcje prowadzące do utworzenia wiązania �
Reakcje prowadzące do utworzenia wiązania �
C-C mają wyjątkowe znaczenie w syntezie
C-C mają wyjątkowe znaczenie w syntezie
organicznej; addycje nukleofilowe do grupy
organicznej; addycje nukleofilowe do grupy
karbonylowej są jednym z najlepszych rozwiązań
karbonylowej są jednym z najlepszych rozwiązań
tego problemu;
tego problemu;
Otrzymywanie Cyjanohydryn
Reakcje z Odczynnikami Grignarda
RJC
Cyjanohydryny
Cyjanohydryny
18
Anion cyjankowy reaguje z aldehydami oraz
Anion cyjankowy reaguje z aldehydami oraz
niezatłoczonymi ketonami dając produkty addycji
niezatłoczonymi ketonami dając produkty addycji
w postaci odpowiedniej cyjanohydryny.
w postaci odpowiedniej cyjanohydryny.
O OH
O
+H
CN
R C R R C R
C
R R
CN CN
RJC
Cyjanohydryny jako Wa\
ne Substraty w
Cyjanohydryny jako Wa\
ne Substraty w
Syntezie Organicznej
Syntezie Organicznej
19
Hydroliza cyjanohydryn prowadzi do otrzymania
Hydroliza cyjanohydryn prowadzi do otrzymania
kwasu karboksylowego, który w wyniku dalszej
kwasu karboksylowego, który w wyniku dalszej
redukcji mo\
e zostać przeprowadzony w inne
redukcji mo\
e zostać przeprowadzony w inne
pochodne.
pochodne.
OH OH OH
R C R R C R R C R
CN CO2H CH2OH
RJC
Odczynniki Grignarda
Odczynniki Grignarda
20
Halogenki alkilowe (równie\
arylowe) reagują z Mg
Halogenki alkilowe (równie\
arylowe) reagują z Mg
w warunkach bezwodnych (najlepiej w absolutnym
w warunkach bezwodnych (najlepiej w absolutnym
eterze dietylowym lub THF) dając tzw.  odczynniki
eterze dietylowym lub THF) dając tzw.  odczynniki
Grignarda (związek magnezoorganiczny).
Grignarda (związek magnezoorganiczny).
CH3Br + Mg CH3MgBr
RJC
Addycje Nukleofilowe Odczynników
Addycje Nukleofilowe Odczynników
Grignarda
Grignarda
21
Odczynniki Grignarda reagują z aldehydami oraz z
Odczynniki Grignarda reagują z aldehydami oraz z
ketonami dając odpowiednio alkohole II- lub III-
ketonami dając odpowiednio alkohole II- lub III-
rzędowe. Reakcja z formaldehydem (aldehydem
rzędowe. Reakcja z formaldehydem (aldehydem
mrówkowym) prowadzi do alkoholu I-rzędowego
mrówkowym) prowadzi do alkoholu I-rzędowego
O OH
MgBr
O
CH3MgBr
+H
R C R R C R
C
R R
CH3 CH3
RJC
Pochodne Azotowe Związków Karbonylowych
Pochodne Azotowe Związków Karbonylowych
22
Aldehydy oraz ketony są często cieczami; w celu
Aldehydy oraz ketony są często cieczami; w celu
charakteryzacji często są one przeprowadzane w
charakteryzacji często są one przeprowadzane w
krystaliczne pochodne, takie jak:
krystaliczne pochodne, takie jak:
Semikarbazony
Oksymy
2,4-Dinitrofenyhydrazony
RJC
Semikarbazony
Semikarbazony
23
Semikarbazyd (zaznaczony na niebiesko) łatwo
Semikarbazyd (zaznaczony na niebiesko) łatwo
reaguje z ketonami oraz aldehydami dając jako
reaguje z ketonami oraz aldehydami dając jako
produkty addycji (z następną eliminacją wody)
produkty addycji (z następną eliminacją wody)
krystaliczne semikarbazony.
krystaliczne semikarbazony.
O
O
O
N-NHCNH2
-H2O
+
NH2NHCNH2
C
C
R R
R R
RJC
Oksymy
Oksymy
24
Hydroksylamina NH2OH reaguje z ketonami oraz
Hydroksylamina NH2OH reaguje z ketonami oraz
aldehydami dając, w podobny sposób, czyli wg
aldehydami dając, w podobny sposób, czyli wg
schematu addycja/eliminacja) oksymy
schematu addycja/eliminacja) oksymy
(charakterystyczna grupa funkcyjna C=NOH).
(charakterystyczna grupa funkcyjna C=NOH).
O
N-OH
-H2O
+
NH2OH
C
C
R R
R R
RJC
2,4-Dinitrofenylohydrazony
2,4-Dinitrofenylohydrazony
25
2,4-dinitrofenyhydrazyna reaguje z ketonami oraz
2,4-dinitrofenyhydrazyna reaguje z ketonami oraz
aldehydami dając krystaliczne pochodne
aldehydami dając krystaliczne pochodne
nazywane 2,4-dinitrofenyhydrazonami.
nazywane 2,4-dinitrofenyhydrazonami.
R
NH-NH2
N-NH
C
O
NO2 -H2O R NO2
+
C
R R
NO2 NO2
RJC
Inne Pochodne Zawierające Atom Azotu
Inne Pochodne Zawierające Atom Azotu
26
Ketony oraz aldehydy reagują z alkilo- lub arylo-
Ketony oraz aldehydy reagują z alkilo- lub arylo-
aminami (I- oraz II-rzędowymi) dając jako
aminami (I- oraz II-rzędowymi) dając jako
produkty addycji/eliminacji iminy (z amin I-
produkty addycji/eliminacji iminy (z amin I-
rzędowych) lub enaminy (z amin II-rzędowych)
rzędowych) lub enaminy (z amin II-rzędowych)
Iminy
Enaminy
RJC
27
Iminy
Iminy
Są produktami powstającymi z aminy I-rzędowej
Są produktami powstającymi z aminy I-rzędowej
oraz ketonu lub aldehydu.
oraz ketonu lub aldehydu.
O
N-R
-H2O
+
R-NH2
C
C
R R
R R
RJC
Enaminy
Enaminy
28
Są produktami reakcji ketonu lub aldehydu z
Są produktami reakcji ketonu lub aldehydu z
aminami II-rzędowymi. Warunkiem ich
aminami II-rzędowymi. Warunkiem ich
powstawania jest obecność atomu wodoru w
powstawania jest obecność atomu wodoru w
pozycji ą, w cząsteczce związku karbonylowego
pozycji ą, w cząsteczce związku karbonylowego
R R
O
N
-H2O
+
R2NH
C
C
R CH3
R
CH2
RJC
Podsumowanie
Podsumowanie
29
Addycje nukleofilowe do grupy C=O
Addycje nukleofilowe do grupy C=O
Nukleofile z ładunkiem vs nukleofile obojętne
Nukleofile z ładunkiem vs nukleofile obojętne
Rola zawady sterycznej
Rola zawady sterycznej
Szybkość reakcji a wartość pH, równowagi
Szybkość reakcji a wartość pH, równowagi
Otrzymywanie cyjanohydryn oraz ich wykorzystanie
Otrzymywanie cyjanohydryn oraz ich wykorzystanie
Reakcje grupy C=O z odczynnikami Grignarda
Reakcje grupy C=O z odczynnikami Grignarda
Semikarbazony oraz oksymy
Semikarbazony oraz oksymy
2,4-Dinitrofenylohydrazony
2,4-Dinitrofenylohydrazony
Iminy oraz enaminy
Iminy oraz enaminy