ALKOHOLE (by Aleksandra Kołodziejczyk, UG)

Transkrypt

1 ALKLE (by Aleksandra Kołodziejczyk, UG) -: alkohol/fenol/enol Typowy alkohol gr. przy o hybrydyzacji sp 3 Nazewnictwo: alkanol - jak najniższy lokant podstawnika hydroksylowego Alkohole 1, 2, propan-1-ol (1 ) 3 () 2 3 butan-2-ol = alkohol sec-butylowy (2 ) = 4,4,7-trimetylooktan-3-ol (2 ) cis-3-chlorocyklopentanol (2 ) l Właściwości: hybrydyzacja sp 3 atomu tlenu, - silniejsze, krótsze niż - Związki polarne: μ Wiązania wodorowe t.t., t.wrz., rozpuszczalność w wodzie - wyższe niż w alkanach i halogenoalkanach. Woda - 100! zęść hydrofobowa i hydrofilowa Alkohole są amfoteryczne Kwasowość - zbliżona do wody jon alkoksylowy 1

2 3 + NaN 2 Na 3 + N 3 pk a = 15.5 pk a = 35 Kwasowość: 3 < 2 < 1 < 3 Steryczne utrudnienie solwatacji jonu alkoksylowego: Efekt indukcyjny przenoszenie ładunku przez wiązania (stabilizacja anionu). Wpływ na kwasowość: pk a ( 3 ) l F F Zasadowość: -- silny kwas -- [ 3 2 ] + pk a = -2.2 jon alkoksoniowy Metody otrzymywania alkoholi: 1. Przemysłowe: katalityczna redukcja (gaz syntezowy), hydratacja etenu, 5% - fermentacja 2. Substytucja nukleofilowa halogenoalkanów: zadko, częściej odwrotnie; uboczna reakcja eliminacji (E2) Na Br NaBr 3. edukcja ketonów i aldehydów redukcja utlenienie 1 ' redukcja utlenienie ' 2 a. Wodorowanie (hydrogenacja); kataliza heterogeniczna , Pd

3 b. edukcja wodorkami NaB 4, LiAl 4 ; Li, Na gorzej rozpuszczalne Na 3 B Na 3B( 2 3 ) 4. Synteza z użyciem związków organometalicznych Związki organometaliczne: 3 Br + Li Et 2, 0 3 Li + LiBr TF ( 3 ) 2 I + Mg ( 3 ) 2 MgI + LiBr Zw. magnezoorganiczne = zw. Grignarda jodek 1-metyloetylomagnezowy X + Mg ( 3 2 ) 2 Mg X M M- M - metal alogenoalkan alkan: Mg -Br -Mg-Br - Aplikacja otrzymywanie deuteropochodnych: ( 3 ) 3 -l 1. Mg 2. D 2 ( 3 ) 3 -D Związki metaloorganiczne w syntezie alkoholi: - M + M 3

4 aldehyd mrówkowy 1 alkohole Et 2 3 ( 2 ) 2 2 MgBr ( 2 ) MgBr +, 2 3 ( 2 ) Mg()Br aldehydy 2 alkohole MgBr -MgBr + ' ' ' + Mg()Br ketony 3 alkohole 3 3 ( 2 ) 2 2 MgBr Et 2 +, 2 3 ( 2 ) Mg()Br eakcje z estrami i chlorkami kwasowymi 3 alkohole 3 2 podstawniki pochodzące od zw. Grignarda! mrówczany 2 alkohole 5. edukcja kwasów/estrów: 1. LiAl 4, eter - 2 ' 2. +, 2 =, alkil, aryl NaB 4 tylko estry 4

5 6. ydratacja alkenów a. bezpośrednia: ' b. pośrednia: '' +, 2 ' '' EAKJE ALKLI 1. eakcje z silnymi zasadami: A. z metalami alkalicznymi (Na, Li, K, s) Na 2 Na Na 2 - Na ( 3 ) 3-2 ( 3 ) 3 - K eaktywność: 3 > 1 > 2 > 3 - M + - aniony alkoholanowe/alkoksylowe - silne Nu/B z silnymi zasadami (silniejsze od - ): NaN 2, Na, MgX, Li 3 + K pka = K + - pka = ( 2 ) 3 Li 3 Li + 3 ( 2 ) 2 3 pk a = 50 ( 3 ) Li N 3 Li + ( 3 ) 2 2. eakcje z silnymi kwasami podstawienie/dehydratacja (S N, E1): N ( 3 ) 2 ( 3 ) 2 pk a = A. trzymywanie halogenoalkanów z 1 : 5

6 2 + X 2 + X S N 2 2 X + 2 X = Br, I anion chloru za słabym Nu; Sl 2, PBr 3 otrzymywanie chlorków, bromków B. eakcje z 2 i 3 S N 1, E1; przegrupowanie kationów: Gdy dobry Nu S N 1: ( 3 ) 3 + Br ( 3 ) 3 Br + 2 ( 3 ) 3 + Br ( 3 ) Br ( 3 ) Br ( 3 ) 3 Br + 2 W wyższych temperaturach E = dehydratacja alkoholi 2 2 S 4, T S N 2-1 rz. X + 2 X, S N 1 X - 2, 3 rz. E1 alken Przegrupowania karbokationów/podstawienie: Br 0 3 Br Br główny produkt 6

7 E1 - przegrupowanie anionu wodorkowego/alkilu: Br 3 Br S T 2 S Gdy brak odpowiedniego 2 lub 3 atomu wodoru migracja alkilu: Br Br Br Szybkość migracji większa gdy prowadzi do 3 karbokationu. Alkohole 1 też mogą ulegać przegrupowaniom - równoczesna z odejściem wody migracja alkilu (podstawienie utrudnia duże zatłoczenie): alkohol neopentylowy Br

8 3. eakcje z kwasami organicznymi i tlenowymi kwasami nieorganicznymi i ich pochodnymi estry r P S ' r P S ' Estryfikacja: Estry kwasów nieorganicznych jako droga do halogenoalkanów Br P Br 2 --PBr 2 + Br S N 2 2 Br + PBr 2 Br bromofosforan (III) PBr Br + 3 P 3 chlorki Sl 2, jodki P + I l S l 2 S l trzymywanie sulfonianów (wszechstronnych substratów) S N l 2 l + S 2 + l Sulfoniany krystaliczne, łatwo oczyszczać Sl Py S- 3 + Py x l -S-' Nu -Nu + 'S 3 8

9 3 - S S ( 3) 2S S 3 4. Utlenianie A. Alkohole 1 aldehydy/ kwasy utl. utl. 2 aldehydy tylko wtedy gdy można je usuwać z roztworu lub selektywny utleniacz (r 3 w acetonie, chlorochromian pirydyny (P) = r 3 + l + Py) KMn 4, K 2 r 2 7 kwasy B. Alkohole 2 ketony ' K 2 r 2 7 ' Silne utleniacze - destrukcja. Alkohole 3 - nie utleniają się (brak ) Ar, IUPA benzenole FENLE Elektrony π nakładają się z orb. p atomu tlenu. Delokalizacja jak w anionie benzylowym. Fenol kwas karbolowy dezinfektant, polimery Kopolimer fenolu i aldehydu mrówkowego żywice fenolanowe (np. Bakelit) trans - resweratrol 9

10 Kwasowość pk a = 8 10 (kwasy 3 5, alkohole 16 18) + Sprzężona zasada stabilizowany rezonansowo anion fenolanowy 4-nitrofenol pk a = ,4,6-trinitrofenol pk a = 0.25 (kwas pikrynowy) Na Na N trzymywanie fenoli Przez S E b.trudno I. Przemysłowe otrzymywanie fenolu: utlenianie kumenu; chlorobenzen + Na - S N (Ar) Nukleofilowe podstawienie aromatyczne - S N (Ar) l Nu N 2 N2 + Nu + l N 2 N 2 Nu =, N 2, N 3 Dwa etapy: addycja + eliminacja (jak pochodne kwasów) Mechanizm A-E: Konieczne podst. akceptorowe (stabilizacja anionu); o-, p- l Nu N 2 l Nu N l Nu N... - l Nu N 2 N 2 N 2 N 2 N 2 Podstawniki meta nie wspomagają rezonansowej stabilizacji. 10

11 Mechanizm E-A: alogenoareny, które nie mają podstawników elektronoakceptorowych mogą reagować przez benzyn II. trzymywanie fenoli z soli diazoniowych: N 2 N N NaN 2,, 2 T - N 2 EAKJE FENLI Jak inne alkohole: 1. Estryfikacja z kwasami endotermiczna; chlorki kwasowe: 2 5 Na, Nal l 3 2. Synteza eterów (Williamsona): Br Na, 2 + NaBr l l S E Silna aktywacja o- i p-. Nawet rozc. N 3 powoduje nitrowanie. eakcję F.-. komplikuje estryfikacja. eakcja Kolbego: + 2 K 3, p K 3 salicylan potasu kw. salicylowy inhibicja tromboxanu A 2 (prostaglandyna) 1997 r. 100-lecie aspiryny octan kwasu 2-hydroksybenzoesowego (kwas acetylosalicylowy) 11

12 3. Utlenianie fenoli Mechanizm transferu 1e diony [] [] benzeno-1,4-diol cykloheksa-2,5-dien-1,4-dion ( hydrochinon) (chinon) Para redoksowa benzochinon utleniania w naturze. hydrochinon w realizacji równowagowych procesów 3 3 ( 2 = 2 ) n ubichinony (koenzym Q) reakcje redoksowe w łańcuchu oddechowym aerobów (przeniesienie elektronów z reduktazy NAD-Q do reduktazy cytochromowej) 3 3 n = 6, 8, 10 ubichinon (Q) ubichinol (Q 2 ) Sumarycznie: Naturalny antyoksydant (fenol) witamina E redukcja i protonowanie rodników 3 - -lipid lipid 3 odnik -tokoferolu stosunkowo mało reaktywny (zatłoczenie, delokalizacja); redukowany np. przez wit., metabolity wydalane. Syntetyczne analogi witaminy E konserwanty: n 2n+2, -- ETEY nazewnictwo IUPA alkoksyalkany lub eter np.dialkilowy sp 3, α = 112º (eter dimetylowy) etoksy-2-metylopropan metoksyetan = eter etylowometylowy 12

13 ,2-dimetoksyetan (eter dimetylowy glikolu) oksolan cis-1-etoksy-2-metoksycyklopentan 1,4-dioksan tetrahydrofuran, TF) Etery heterocykliczne ykliczne polietery etery koronowe Właściwości: Brak wiązań wodorowych niskie t.wrz., słaba rozpuszczalność w 2 Solwatowanie kationów rozpuszczanie soli nieorganicznych w rozp. niepolarnych KMn 4 K Mn eagenty transportujące jony: etery koronowe, kryptandy (trójwymiarowe etery policykliczne) K > b > Na > s > Li K(K + ) = K(Li + ) = 100 Jonofory związki otaczające przykoordynowany kation Synteza Williamsona Synteza eterów - - dobry Nu, silna B tylko 1 czynniki alkilujące (konkurencja eliminacji) 13

14 Wewnątrzcząsteczkowa r. Willamsona: -( 2 ) 4 2 Br k 3 > k 5 > k 6 > k 4 > k 7 > k 8 + alogenohydryna + Na epoksyd/ oksiran 2 czynniki entropowe + naprężenie pierścienia (kompromis) oksan (tetrahydropiran) Wewnątrzcząsteczkowa reakcja Williamsona może być stereospecyficzna. 2. Działanie kwasów mineralnych na alkohole symetr. etery głównie 1 o alkoholi S Najsilniejszym Nu niesprotonowany alkohol, S N 2, konkurencja: E S 4 E2, S 4 3 ( 3 ) 2 --( 3 ) , 3 S N 1 2-(1-metyloetoksy)propan 3. Alkoholiza halogenoalkanów/ sulfonianów - halogenki 2, 3 3 l l 14

15 EAKJE ETEÓW Tworzenie nadtlenków - rodnikowe utlenienie na powietrzu wodoronadtlenek eteru ozszczepienie przez silne kwasy (Br, I) nadtlenek eteru Br Br --' -Br + '- -Br + '-Br Ph Ph Br Ph 2 Br Jony oksoniowe zawierające 3 alkil karbokationy (S N 1, E1), gdy 1 lub 2 - S N 2 I, 2 + I TFA + EAKJE EPKSYDÓW epoksyd = oksiran = 1,2-epoksyetan = tlenek glikolu 1. Nukleofilowe otwieranie pierścienia pochodne alkoholi + 3 S 2 2 S S N 2 nietypowe. Napęd likwidacja naprężenia. 15

16 3, egioselektywność zawada steryczna, stereoselektywność - anti eakcje z wodorkami i zw. organometalicznymi: 1. LiAl 4, Et 2 2., 2 ydroksyetylowanie: MgBr Kwaśno katalizowane otwieranie pierścienia epoksydowego ' '? regiospecyficzność ' ' 3 ' 3 TILE i SULFIDY siarkowe analogi alkoholi i eterów Nazewnictwo: alkanotiole/merkaptany: 3 S metanotiol -S gr. merkaptanowa 16

17 S 3 S cykloheksanotiol 2-metylopentano-3-tiol S merkaptoetanol (niższa preferencja S) Tioetery = sulfidy 3 S- alkilotio- 3 S( 2 ) S 3 S 2 3 etylometylosulfid 3 1,1-dimetyloetyloheptylosulfid jon metanotiolanowy sulfid dimetylowy = siarczek dimetylu Właściwości: Atom S większy rozmiar, słabo spolaryzowane S- słabe wiązania wodorowe. Lotność S jak X, a nie. Zapach! Słabe wiązanie S-, pk a = 9 12 S + S + atom S bardziej nukleofilowy niż at. EAKJE: ( 3 ) 2 -Br + Na S Et ( 3 ) 2 -S + NaBr Alkilowanie tioli sulfidy Na S + 'Br S' + NaBr + 2 S N 2 Nukleofilowość sulfidów sole trialkilosulfoniowe 3 3 S + 3 I S + I Sole sulfoniowe S N na atom (sulfid grupą opuszczającą) 3 + S S( 3 ) 2 3 Utlenienie a/ łagodne disulfidy: 17

18 b/ drastyczne kwasy sulfonowe: 3 S KMn 4 ( 2 2 ) 3 S- kwas metanosulfonowy S S S- 3 sulfid dimetylowy sulfotlenek dimetylowy DMS sulfon dimetylowy Zastosowanie, fizjologiczna rola alkoholi, eterów 3 rozpuszczalnik, paliwo, toksyczny dodatek do Et, 30 ml dawka śmiertelna ( 2 = zaburza proces widzenia), ewent. prekursor benzyny 3 2 składnik napojów alkoholowych (depresant), rozpuszczalnik (perfumy, politury ) dawki okołotoksyczne przy zatruciach metanolem czy etano-1,2-diolem spożywczy: ( enzymy enzymy ) n metabolizm 10ml/h (wątroba 2 ) Etano-1,2-diol (glikol etylenowy) 2 2 [] Niska t.t (-11,5 ), wysoka t.wrz. (198 ), pełna mieszalność z wodą płyny przeciw zamarzaniu. Propano-1,2,3-triol (gliceryna, glicerol) Źródłem zasadowa hydroliza triglicerydów; nietoksyczna, lepka, rozpuszczalna w wodzie ciecz (przemysł kosmetyczny, farmaceutyczny, skórzany) Estry fosforowe fosfoglicerydy (membrany komórkowe) Triester kw. azotowego = nitrogliceryna Naturalne alkohole ważne fizjologicznie: dialkohol - morfina (diacetylowa pochodna heroina), tetrahydrokanabinol, cholesterol cholesterol 18