Pochodne kwasów karboksylowych. Krystyna Dzierzbicka

Transkrypt

1 Pochodne kwasów karboksylowych Krystyna Dzierzbicka

2 halogenki kwasowe X X = l, Br, I bezwodniki kwasowe ' estry ' amidy N 2 sole nitryle N

3 Nazwy grup acylowych acyl metanoil formyl etanoil acetyl propanoil propionyl butanoil butyryl benzoil

4 eaktywność pochodnych kwasów karboksylowych w reakcjach S N - N 2 najmniej reaktywna ' ' X X = l, Br, I najbardziej reaktywna Im większy jest ujemny efekt indukcyjny (-I) i im mniejszy dodatni efekt mezomeryczny (+M) tym większy deficyt elektronów na węglu karbonylowym i tym szybciej zachodzi atak odczynników nukleofilowych czyli reakcja S N (acyl).

5 Wzajemne przekształcanie pochodnych kwasów karboksylowych bardziej reaktywna pochodna może być łatwo przekształcana w pochodną mniej reaktywną: chlorki kwasowe w bezwodniki kwasowe, estry lub amidy l chlorek kwasowy + ' kwas karboksylowy B bezwodnik kwasowy ' + l B amid ' 2 N amoniak lub amina N' 2 '- B ' ester + l

6 3 ( 2 ) 5 chlorek heptanoilu l + 3 ( 2 ) 5 kwas heptanowy - l pirydyna 3 ( 2 ) 5 ( 2 ) 5 3 bezwodnik heptanowy

7 bezwodniki kwasowe w estry lub amidy bezwodnik octowy alkohol sec-butylowy 2 S ' 2 N --N' octan sec-butylowy + -- N 2 ' bezwodnik octowy + 2 N ( 3 ) 2 p-izopropyloanilina 3 N ( 3 ) 2 p-izopropyloacetanilid

8 estry w estry wyższych alkoholi, tzw. reakcja transestryfikacji (alkoholiza estrów): 2 estry w amidy + "- ' --' + 2" 2 N --N" 2 + '- ester amina amid alkohol ': alkil lub aryl - im silniej jest ona elektronoakceptorowa, tym reakcja biegnie szybciej ": ; alkil lub aryl + lub '- '' -l ( 3 ) 3 malejący wpływ grupy ' na szybkość reakcji amonolizy (aminolizy)

9 F F N 2 N F F F N 2 malejący wpływ aromatycznej grupy ' na szybkość reakcji amonolizy (aminolizy) F fluorooctan etylu + N 3 F 2 N fluoroacetamid

10 Estry zawierające resztę ułatwiającą reakcję amonolizy (aminolizy) nazywają się estrami aktywnymi. Estry aktywne: N 2 N p-nitrofenylowe N-hydroksysukcynoimidylowe N N N N-hydroksybenzotriazylowe F F F F F pentafluorofenylowe

11 3 Et octan etylu + N 3 (nadmiar) 2 dni 3 N 2 acetamid + Et etanol 2 h 3 N 2 + N 3 3 N 2 octan p-nitrofenylowy acetamid N 2 + p-nitrofenol

12 amidy 1 o w nitryle przy użyciu P 2 5 lub Sl l 1-chloropropan KN S N N butyronitryl ( 3 ) 2 2-metylopropanoamid N 2 P o ( 3 ) 2 N izobutyronitryl

13 eakcje pochodnych kwasów karboksylowych a.hydroliza chlorki i bezwodniki kwasowe bardzo łatwo hydrolizują do kwasów karboksylowych, ich hydroliza jest reakcją niepożądaną podczas przechowywania w warunkach niedostatecznego zabezpieczenia przed wilgocią z powietrza. Estry w środowisku kwaśnym hydrolizują do kwasu i odpowiedniego alkoholu (reakcja odwrotna do reakcji estryfikacji Fischera), a w środowisku zasadowym (reakcja zmydlania, nieodwracalna) hydrolizują dając mydła (np. sole sodowe lub potasowe). Amidy są najbardziej trwałymi pochodnymi, ich hydroliza (w środowisku zasadowym lub kwaśnym) wymaga bardziej drastycznych warunkach niż hydroliza estrów. Nitryle hydrolizują do kwasów karboksylowych zarówno w środowisku kwaśnym jak i zasadowym, dając w pośrednim etapie amidy, których na ogół się nie wyodrębnia.

14 - 2 X X 2 l chlorek fenyloacetylu kwas fenylooctowy + l bezwodnik kwasowy ' ' kwasy karboksylowe

15 ester bezwodnik ftalowy ' + 2 ' = 1 o lub 2 o grupa alkilowa + 2 kwas karboksylowy kwas ftalowy + ' alkohol 2 N m-nitrobenzoesan metylu 1. 2, Na 2 N kwas m-nitrobenzoesowy

16 3 3 3 / o reszta alkilowa octan t-butylu kwas octowy izobuten ( 3 ) 3 t-butanol

17 + - N sp nitryl -I, -M N cyjanowodór nitryl kwasu mrówkowego (gaz) 3 N acetonitryl (powszechnie stosowany rozpuszczalnik, miesza się z wodą w każdym stosunku)

18 kwas karboksylowy 1. / 2. / N nitryl / kwas karboksylowy N nitryl N N kwas karboksylowy / N 2 amid - N hydroksyimina

19 b. redukcja LiAl 4 - redukuje chlorki kwasowe, bezwodniki i estry do alkoholi 1 o ; amidy 1 o i nitryle redukuje do amin 1 o ; amidy 2 o - do amin 2 o ; amidy 3 o - do amin 3 o ; Li(t-Bu) 3 Al (tri-tert-butyloksyhydroglinian litu) - redukuje chlorki kwasowe do aldehydów; DIBA (wodorek diizobutyloglinowy) redukuje nitryle do aldehydów. X halogenek alkilu amid S N 2 Sl 2 1. LiAl 4 N N nitryl NaN 2 N 2 amina 1 o 1. LiAl N 2 amina 1 o

20 3 N( 3 ) 3 N-tert-butyloacetamid 1. LiAl N( 3 ) 3 N-etylo-tert-butyloamina N( 3 ) 2 1. LiAl N( 3 ) 2 N,N-dimetylocykloheksylokarboksyamid N,N-dimetylo(cykloheksylometylo)- amina

21 N 1. DIBA, toluen, -78 o 2. / 2 3-metylo-4-(2-izopropenylocykloheksylo)butanonitryl 3-metylo-4-(2-izopropenylocykloheksylo)butanal 2 N l 1. Li[( 3 ) 3 ] 3 Al 2. / 2 N chlorek p-nitrobenzoilu p-nitrobenzaldehyd

22 c. reakcje ze związkami metaloorganicznymi halogenki i estry kwasu mrówkowego ze związkami lito- i magnezoorganicznymi dają alkohole 2 o ; pozostałe estry i chlorki kwasowe dają alkohole 3 o, a nitryle prowadzą do otrzymywania ketonów. hlorki kwasowe z odczynnikiem Gilmana (związkiem miedzioorganicznym) dają ketony. S N (acyl) MgBr 3 bromek propionian metylu etylomagnezowy MgBr MgBr A N 3 2 chlorek propionylu - + MgBr ( 3 2 ) 2 uli l Et etylopentan-3-ol keton dietylowy

23 d. przegrupowanie ofmanna reakcja, w której pierwszorzędowe amidy pod wpływem bromu w środowisku zasadowym ulegają przekształceniu do amin 1 o zawierających łańcuch o jeden atom węgla krótszy od wyjściowego amidu. N 2 amid Br 2 4Na, 2 N 2 + 2NaBr + Na amina 1 o

24 Mechanizm N amid N Br -Br Br N Br N N N Br izocyjanian N N 2-2 N 2 + 2NaBr + Na amina 1 o

25 e. przegrupowanie urtiusa reakcja, w której chlorki kwasowe pod wpływem azydku sodu ulegają przekształceniu w izocyjaniany, a z nich po hydrolizie powstają aminy 1 o zawierające łańcuch o jeden atom węgla krótszy od wyjściowego chlorku kwasowego. NaN l 3 (-Nal) chlorek kwasowy N N N (-N2 ) azydek N izocyjanian 2 N amina 1 o

26 f. przegrupowanie Beckmanna ketoksymy w obecności kwasów, bezwodników, Pl 5 czy Sl 2 ulegają przegrupowaniu do monopodstawionych amidów. Przegrupowaniu ulega reszta organiczna znajdująca się w położeniu trans do grupy hydroksylowej oksymu. Jeżeli grupa migrująca jest związana z karbonylowym atomem węgla poprzez atom chiralny, to podczas przegrupowania nie dochodzi do zmiany konfiguracji na centrum chiralnym.

27 N ' N ' - 2 N ' N ' - N ' N ' amid ' N oksym

28 cykloheksanon N 2 x l NaAc N oksym cykloheksanonu / 2 N kaprolaktam 1. / 2 2. N 2 ( 2 ) 5 kwas 6-aminoheksanowy

29 g. reakcja ella-volharda-zielińskiego α-halogenowanie kwasów karboksylowych: - 2 X 2, P kwas karboksylowy - X -halogenokwas Mechanizm 3-2 kwas propionowy P + Br 2 ( PBr 3 ) 3-2 bromek propionylu Br 3 Br forma enolowa Br Br 3 Br kwas -bromopropionowy Pr - PrBr 3 Br + Br Br

30 kwas butanowy Br 2 P Br kwas 2-bromobutanowy (kwas -bromomasłowy) 2 kwas fenylooctowy Br 2 Pl 3, benzen, 80 o Br kwas -bromofenylooctowy

31 h. kondensacja laisena reakcji ulegają estry (zazwyczaj etylowe lub metylowe), które posiadają dwa atomy wodoru na węglu α w obecności etanolanu lub metanolanu sodu jako zasady (żeby nie zachodziła reakcja transestryfikacji). Nie należy stosować wodnych roztworów wodorotlenków jako zasady, aby uniknąć hydrolizy estrów. Estry, które posiadają tylko jeden atom α dają niższe wydajności produktów reakcji, ponieważ reakcja jest zakończona po drugim etapie, kiedy stan równowagi jest jeszcze przesunięty w stronę substratów.

32 Poszczególne etapy kondensacji: - powstanie karboanionu z estru posiadającego co najmniej jeden atom - addycja karboanionu do grupy karbonylowej; - deprotonowanie β-oksoestru; - zakwaszenie mieszaniny reakcyjnej kwasem mineralnym i wyodrębnienie wolnego β-oksoestru. S N (acyl) Et - Na butanian etylu etylo-3-oksoheksanian etylu

33 i. krzyżowa kondensacja laisena jest to reakcja między dwoma różnymi estrami, z których jeden nie zawiera atomów α S N (acyl) Et - Na butanian etylu szczawian dietylu etylo-3-oksobutanodian dietylu

34 j. wewnątrzcząsteczkowa kondensacja laisena (kondensacja Dieckmanna) reakcja zachodząca w cząsteczce zawierającej dwie grupy estrowe położone w takiej odległości aby po zamknięciu otrzymać najbardziej stabilne pierścienie pięcio- lub sześcioczłonowe: Et Et Et - Na + Et Et pimelinian dietylu Et -Et - - Et Et 2-oksocykloheksanokarboksylan etylu

35 Przykłady 1. MeNa propionian metylu 3 2-metylo-3-oksopentanian metylu propionian metylu 2 2 1,2-benzenodioctan dietylu 1. MeNa szczawian dimetylu 2 1. EtNa metylo-3-oksobutanodian dimetylu 2 3 indan-2-on-1-karboksylan etylu

36 k. acylowanie ketonów ketony są silniejszymi - kwasami niż estry dlatego właśnie one są źródłem karboanionu, a ester jest jego akceptorem: S N (acyl) 3 2 Et - Na keton etylowo-etylowy weglan dietylu metylo-3-oksopentanian etylu -ketoester

37 acylowanie ketonów cykloheksanon Et - Na butanian etylu diketon keton 2-oksocykloheksylowo-propylowy

38 ,2-benzenodikarboksylan dimetylu 1,1-difenyloaceton Na 3 Et 2 3 -diketon 1. Na difenadion

39 Wykorzystanie acetylooctanu etylu w syntezie organicznej otrzymywanie ketonów alkilowo-metylowych 3 2 acetylooctan etylu ( 2 ) 3 1. Na Et Br Na Br ( 2 ) / 2 2., ( 2 ) propyloheptan-2-on

40 otrzymywanie oksokwasów Na Et acetylooctan etylu Br 2 Et Na aq. 2. / Et, kwas 4-oksopentanowy

41 otrzymywanie diketonów acetylooctan etylu Na Et 1. Na aq. 2. / Br 2 3 halogenoketon , heksan-2,5-dion 3

42 Wykorzystanie malonianu dietylu w syntezie organicznej Et pk a = 12.9 Et malonian dietylu Et Et Et jon enolanowy Et Et Et Et

43 otrzymywanie kwasów karboksylowych Et Et Na Et Et Et malonian dietylu jon enolanowy S N Br kwas pentanowy 1. / 2 2., - 2 Et Et 2 2 3

44 otrzymywanie rozgałęzionych kwasów karboksylowych Et Et Na Et Et Et malonian dietylu jon enolanowy S N Br Et Et Na 2. Ph 2 l Et Et / 2 2., kwas 2-propylo-3-fenylopropanowy

45 otrzymywanie cyklicznych kwasów karboksylowych Et malonian dietylu Et Na Et jon enolanowy Et S N 2 Br Br Et Et 1. / 2 2., - 2 Na S N 2 Et Et Br kwas cyklopentanokarboksylowy

46 Przykładowe pytania 1. Jakie produkty (wzór + nazwa) otrzymasz w reakcji chlorku acetylu z każdym z podanych niżej reagentów: a. ( 3 ) 2 uli b. 3 N 2 (nadmiar) c. 3 - Na + d. fenol i pirydyna 2. Wychodząc z pimelinianu dietylu otrzymać cykloheksanon. 3. Przedstaw mechanizm bezpośredniej estryfikacji Fischera otrzymywania propionianu etylu. 4. Wychodząc z malonianu dietylu otrzymać kwas cyklopentanokarboksylowy.

47 5. Uzupełnij następujące reakcje: a. octan cykloheksylu 1. Na, b. cyklopentanol + chlorek benzoilu pirydyna c. propionian etylu + dimetyloamina d. aldehyd benzoesowy + bezwodnik octowy Na + 6. Przedstaw mechanizm podanej reakcji: 2. +, + BrMg MgBr TF

48 7. Mając do dyspozycji acetylooctan etylu otrzymać: a. petan-2-on b. kwas γ-ketowalerianowy c. heptano-2,6-dion 8. Wychodząc z toluenu otrzymać: a. chlorek benzoilu b. benzoesan benzylu c. benzonitryl d. benzamid e. kwas fenylooctowy f. chlorek m-nitrobenzoilu g. anilinę h. chlorek p-nitrobenzoilu

49 9 a. Podaj strukturę produktu kondensacji laisena fenylooctanu etylu; b. jaki produkt otrzymasz po saponifikacji i dekarboksylacji produktu z punktu a; c. jaki produkt otrzymasz w reakcji kondensacji produktu z punktu a z bromkiem allilu, a następnie saponifikacji i dekarboksylacji; d. jaki produkt otrzymasz w reakcji mieszanej kondensacji fenylooctanu etylu z benzoesanem etylu, a następnie saponifikacji i dekarboksylacji. 10. Jaki produkt (wzór + nazwa) powstanie w reakcji g-butyrolaktonu z następującymi odczynnikami: a. amoniakiem b. etanolem, + c. tetrahydroglinianem litu

50 Dziękuję za uwagę