CHEMIA ORGANICZNA (II)

Transkrypt

1 CHEMIA ORGANICZNA (II)

2 Plan 1) Selektywność i selektywne przekształcanie grup funkcyjnych; a) chemo-, regio- i stereoselektywność; b) kontrola kinetyczna i termodynamiczna. 2) Selektywne reakcje utleniania i redukcji. 3) Zastosowanie związków fosforo- i siarkoorganicznych w syntezie. Selektywne tworzenie wiązań podwójnych C=C. 4) Związki litoorganiczne. 5) Kataliza kompleksami metali. 6) Analiza retrosyntetyczna do samodzielnego opracowania (rozdział 1 w III tomie Chemii organicznej Claydena). Wykład: 15 godzin, seminarium 15 godzin, laboratorium 30 godzin.

3 Seminaria 1) Seminaria planowane są na drugą połowę semestru (start 16 listopada); 2) Obowiązuje znajomość materiału z tego i z poprzednich kursów chemii organicznej; 3) Przewidywane jest 6 krótkich, 10-minutowych sprawdzianów wiedzy (materiał z poprzedniego seminarium); 4) Oceniana będzie również aktywność i przygotowanie do bieżących zajęć; 5) Osoby, które nie uzyskają zaliczenia seminarium mogą podejść do kolokwium wyjściowego (na ostatnich zajęciach); 6) Na pierwsze zajęcia obowiązuje również znajomość rozdziału 1 z III tomu Chemii organicznej Claydena. 7) Pozytywna ocena z seminarium (4.5 lub 5) podnosi o pół stopnia uzyskaną ocenę z egzaminu (jednorazowy bonus dla ambitnych).

4 Zalecana literatura Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S.; Wothers, P. Chemia organiczna. WNT, Warszawa Carey, F. A.; Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry. Springer, New York Wyatt, P.; Warren, S. Organic Synthesis The Disconnection Approach. Wiley-VCH, Wyatt, P.; Warren, S. Organic Synthesis Strategy and Control. Wiley-VCH, Skarżewski, J. Wprowadzenie do Syntezy Organicznej. PWN, Warszawa Gawroński, J.; Gawrońska, K.; Kacprzak, K.; Kwit, M. Współczesna synteza organiczna. Wybór eksperymentów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004.

5 Synteza organiczna Konstrukcja szkieletu węglowego cząsteczki Reakcje tworzenia wiązań węgiel-węgiel, pojedynczych i wielokrotnych Przekształcenia grup funkcyjnych Reakcje selektywne i nieselektywne Grupy ochronne

6 Brewetoksyna B Biosynteza glony (Ptychodiscus brevis) Wyd. 3 mg 20 dni Proste związki organiczne 11 pierścieni (6, 7, 8 członowych) 23 centra stereogeniczne 2-deoksy-(D)-ryboza K. C. Nikolau 12 lat (20 osób)

7 Wyzwanie dla chemika-organika ester (1R,3R,3aR,4R,5R,7aS)-6-[(1S,2R,3R,4S,6S)-4-acetoksy-6-hydroksy-2-(2-metoksy-2- oksoetylo)-1,3-dimetylo-7,9-dioksabicyclo[4.2.1]non-3-ylo]-5-(formyloksy)-3-(3-furylo)-7ahydroksy-3a-metylo-1-{[(2r)-2-metylobutanoilo]oksy}-7-metylenooktahydro-1h-inden-4-ylowy kwasu (2R,3R)-2-hydroksy-3-metylopentanowego

8 Profile energii Reakcja jest uprzywilejowana gdy entalpia swobodna jest mniejsza od zera. Entalpia swobodna jest zależna od entalpii (ΔH) i entropii (ΔS), ΔG o = ΔH o - TΔS o. W praktyce to entalpię a nie entalpię swobodną (energia swobodna Gibbsa) wykorzystuje się do określenia czy reakcja jest preferowana czy nie. Reakcja z ΔH o < 0 jest egzotermiczna, ΔH o > 0 endotermiczna.

9 Reakcje szybkie i wolne Substraty po przekroczeniu bariery energetycznej przechodzą w produkty. Energia potrzebna by substraty osiągnęły szczyt bariery energetycznej to energia aktywacji, a szczyt bariery, w którym reagenty mogą równie łatwo wrócić do substratów lub przejść do produktów nazywamy stanem przejściowym. Szybkość reakcji jest zależna od wielkości bariery aktywacji.

10 Kontrola kinetyczna i termodynamiczna reakcji a) Kontrola kinetyczna skład mieszaniny poreakcyjnej zależy od stałych szybkości reakcji prowadzących do określonych produktów. b) Kontrola termodynamiczna skład mieszaniny poreakcyjnej jest zależny od różnic entalpii swobodnych konkurujących produktów.

11 Addycja HCN do butenonu Produkt termodynamiczny ma mniejszą energię niż kinetyczny; Energia stanu przejściowego reakcji w prawo jest wyższa niż energia stanu przejściowego reakcji w lewo ; Początkowo reakcja biegnie w lewo ; Produkt kinetyczny tworzy się w sposób odwracalny; Addycja prosta jest uprzywilejowana w niskiej temperaturze.

12 Izomeryzacja alkenów

13 Mechanizm izomeryzacji alkenów

14 Stan przejściowy Stan przejściowy - konfiguracja atomów i łączących ich wiązań chemicznych o ściśle określonej geometrii, która teoretycznie występuje w momencie gdy istnieje jednakowe prawdopodobieństwo przebiegu reakcji elementarnej w obu kierunkach. Stan przejściowy powinien cechować się jedną częstością urojoną (ujemną wartością własną hessianu) zgodną ze współrzędną reakcji.

15 Reakcje elementarne i wieloetapowe

16 Postulat Hammonda Reakcje silnie egzotermiczne charakteryzują się wczesnym stanem przejściowym i małą selektywnością. Reakcje silnie endotermiczne charakteryzują się późnym stanem przejściowym i wysoką selektywnością.

17 Selektywność reakcji

18 Chemoselektywność dwie grupy różniące się reaktywnością

19 Cyclomethycaine różnicowanie dwóch O-nukleofili

20 Chemoselektywność różnica elektrofilowości bardziej elektrofilowy reaktywność względem nukleofili

21 Konkurencja pomiędzy substratem a produktem Jeżeli substrat (grupa funkcyjna) może reagować dwukrotnie z tym samym reagentem, produkt pierwszej reakcji będzie konkurował z substratem. Reakcja zatrzyma się po pierwszym etapie tylko wtedy gdy substrat jest bardziej reaktywny niż produkt.

22 Dwie identyczne grupy Produkt pierwszej reakcji jest mniej reaktywny niż substrat Reakcja statystyczna

23 Przekształcenie dwóch grup funkcyjnych w jedną

24 Chemoselektywność kinetyczna

25 Chemoselektywność termodynamiczna

26 Kontrola regioselektywności aromatyczna substytucja elektrofilowa izomery położeniowe (regioizomery)

27 Regioselektywność Chemoselektywność jak przeprowadzić reakcję na jednej grupie funkcyjnej pozostawiając inne niezmienione? Regioselektywność jak przeprowadzić reakcję w specyficznym miejscu cząsteczki?

28 Kontrola regioselektywności

29 Regioselektywność

30 Specyficzne równoważniki enoli regioselektywne tworzenie enamin

31 Enolany litu

32 Etery sililowe enoli

33 Synteza gingerolu

34 Acylowanie enamin i eterów sililowych

35 (5R)-5-metylo-2-(2-fenyloprop-2-ylo)cykloheksanon Regioselektywna addycja związku Grignarda do pulegonu

36 Stereoselektywność

37 Skład produktów tworzonych z izomerów konformacyjnych zależy od różnicy energii pomiędzy odpowiednimi stanami przejściowymi a nie od stałej równowagi pomiędzy konformerami! Zasada Curtina-Hammetta

38 Kontrola stereochemii reakcji aldolowej

39 Model Zimmermanna-Traxlera stanu przejściowego

40 Jakie produkty powstaną z poniższych kombinacji enolanu i aldehydu?

41 Reakcje enancjoi diastereoselektywne Nadmiar diastereoizomeryczny: d.e. = 100% {[D 1 ] ([D 2 ]+...+[D n ])} / {[D 1 ] + [D 2 ]+...+[D n ]} Nadmiar enancjomeryczny: e.e. = 100% {[α] [ent-α]} / {[α] + [ent-α]}

42 Diastereoselektywna addycja Michaela

43 Reakcje stereospecyficzne Reakcja jest stereospecyficzna gdy odpowiednio różne, izomeryczne substraty poddane niezależnie tej samej reakcji dają odpowiednio różne, izomeryczne produkty.

44 Klasyczny i kinetyczny rozdział racematu

45 Dynamiczny rozdział kinetyczny