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1
ACIDI CARBOSSILCI e DERIVATI
Caratteristica strutturale di acidi carbossilici e derivati
Caratteristiche Spettrali
Spettrometria di massa
Lo ione molecolare di solito è spesso debole.
La “rottura α” (α-cleavage), lascia il carbocatione acilio (stabilizzatoper risonanza):
+.C O
OH
RC OR+
HO.
+ C OR+
CO
O
Acidi carbossilici
Può essere perso il gruppo –CO2H
+. R. + CO2HR CO2H+
m/z 45
R+
Anche con gli altri gruppi funzionali è favorita la scissione dello ione molecolareche porta al carbocatione acilio
CO
NH2R
+.CO NH2
+R.
+m/z 44
Le ammidi non sostituite sull’N hanno un picco caratteristico a m/z 44
acido butanoico, PM 88
M+
M+
acetato di etile, PM 88
CH3CO+
2
propanammide, PM 73
M+
CO NH2
+
m/z 44
cloruro di butanoile, PM 106
M+ - Cl
anidride benzencarbossilica,
PM 226
CO
+
stretching C=O a circa 1730-1700 cm-1, spostato verso valori piùbassi dalla coniugazione
IR
stretching C-O
ACIDI CARBOSSILICI
tra 1320 e 1210 cm-1
UV-visibile Analogo a quello di aldeidi e chetoni
stretching O-H banda molto larga a 2400 cm-1, spesso sovrapposta alle bande CH
RCOH
OR C
OH
O
acido butanoico
3
stretching C=O a circa 1735 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con R. La coniugazione con OR’sposta l’assorbimento verso valori più alti.
IR
stretching C-O
ESTERI
due o più bande tra 1300 e 1000 cm-1
acetato di etile
stretching C=O a circa 1670-1640 cm-1.
IR
stretching N-H
AMMIDI
3500-3100 cm-1 (CONH2 hanno due bande)
propanammide
H CO
NCH3
CH3
4
stretching C=O a circa 1800 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione.
IR CLORURI ACILICI
cloruro di butanoile
cloruro di benzoile
stretching C=O sempre due bande tra 1830 a 1800 cm-1 e tra 1775 e 1740, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con R.
IR
stretching C-O
ANIDRIDI
tra 1300 e 900 cm-1
anidride propanoica
5
IR NITRILI
stretching a circa 2250 cm-1, spostato verso valori più bassi dalla coniugazione con R.
C N
propanonitrile
benzenecarbonitrile
13C NMR L’effetto -I dell’O ed il campo magnetico generatodagli elettroni π diminuiscono la densità elettronicaattorno al nucleo del 13C: molto deschermato
δCOX 180-160 ppm
CO
CO
acetato di etile
acido butanoico CO
CO
propanammide
CO
anidride propanoica
6
1H NMRL’effetto -I dell’O diminuisce la densità elettronica attorno al nucleo del 1H sul C adiacente: deschermato da 2,0-2,5 (CH3) fino a 3 (CH2, CH) δ
OH (negli acidi arbossilici) fortemente deschermato: 10-15 δ; protone mobile, scambia con D2O
NH (nelli ammidi) deschermato e molto allargato: 6-7 δ; protonemobile, scambia con D2O
acido butanoico
OH
OH
acido benzencarbossilico
anidride benzoicaN-metiletanammide
NH
NH
propanammideacetato di etile
7
ACIDI CARBOSSILCI e DERIVATI
δ+ δ-
C OO
CH
Hsp2
H acido
Caratteristiche:
Nu:
H acido
Acidità del legame O-H
Il C del carbossile subisce attacco da parte dei nucleofili
I protoni in α al carbossile sono relativamente acidi e possono essere sostituiti
H+
δ+ δ-
C OCH
Ysp2
H acido
Caratteristiche:
Nu:
H+
(la sostituzione nucleofila può avvenire con meccanismo base- o acido-catalizzato)
gruppo uscente
δ+ δ-
C NCH
sp
H acido Nu:
H+
♦ sull'O del carbonile (o sull'N del nitrile) si ha protonazione
♦ I protoni in α al carbonile sono relativamente acidi e possono essere strappati con basi forti
♦ Qualche reazione caratteristica delle ammidi avviene sull'N
SOSTITUZIONE NUCLEOFILA
Reazione caratteristica
8
Meccanismo:
lento -+
C OY
R C OYR
NuH Nu: H
sp2
(trigonale planare)sp3
(tetraedrico)
C OR
Nu
sp2
(trigonale planare)
SOSTITUZIONE NUCLEOFILA AL CARBONIO ACILICO
Principali nucleofili::NuH = H2O, ROH, NH3, RNH2, R2NH, RSH, RCO2H
Nu:- = RCO2-, R-, H-
< < < <R
CCl
O
RC
NH2
O
RC
OR'
O
RCO
ORCO
RC
SR'
O
reattività crescente
Questo ordine di reattività è il risultto di più fattori
Basicità del gruppo uscente meno basico: miglior gruppo uscente
Basicità: -NH2 < -OR < -O-C(O)R < Cl-
capacità come gruppo uscente
Risonanza
-
+RC
Cl
O
RC
Cl
O
+
-
RC
SR'
O
RC
SR'
O
-
-
+ +R C
O
O
R CO
R CO
O
R CO
R CO
O
R CO
RC
OR'
O
RC
OR'
O-+ R
CNH2
O
RC
NH2
O-
+
9
il contributo della struttura di risonanza a separazione di carica diminuiscela bontà del gruppo uscente ed è tanto maggiore quanto migliore è la sovrapposizione degli orbitali (cioè con gli elementi della stessa riga).
Effetto induttivoMaggiore è l’effetto ad attrazione elettronica, più positivo è il C carbonilico
più facile è l’attacco del nucleofilo
H2O
H+oppureOH-
CR N
CRCl
O
CRO
O
CRO
CROR'
O
CRNH2
O
CROH
O
REATTIVITA‘CRESCENTE
R"OH
CRCl
O
CRO
O
CRO
CROR'
O
CROR"
O
REATTIVITA‘CRESCENTE
REATTIVITA‘CRESCENTE
NH3
CRCl
O
CRO
O
CRO
CROR'
O
CRNH2
O
10
1. REAZIONE CON H2O
a) Alogenuri aciliciCR
Cl
O+ :OH2
lentoCR
Cl
OOH2
-+
CROH
O
HCl
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
b) Esteri
Gli esteri sono meno reattivi degli alogenuri acilici: l’acqua da sola non reagisce)
-OH, H2O oppure H2O, H+
In ambiente basico Nu = -OH
+ lento
-
+ -OR'CR
OR'
O
OHCROR'
O-:OH CR
OH
O- + R'OHCR
O
O
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
reazione acido-base
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
Nu = H2O
In ambiente acido Nu = H2O
:OH2
lento
+
H+
H2O
+
+CR OR'
OH
OH2
CR OR'O H
CROR'
OCR OR'O H
H+
CROH
O
+ ++
+
+ R'OHCR OR'
OH
OH2
CR OR'
OH
OH
HCR
OH
OHCR
OH
OH
Processo REVERSIBILE Questo significa che in ambiente acido si può idrolizzare un estere ad acido carbossilico
L'idrolisi acida degli esteri è praticamente insensibile agli effetti elettronicidei sostituenti; è invece sensibile agli effetti sterici
ATTENZIONEQuesta insensibilità agli effetti elettronici (induttivo e coniugativo) dei sostituenti è una caratteristica SOLO dell’IDROLISI ACIDA degli ESTERI
è il risultato di effetti opposti, praticamente uguali
11
Lo stadio lento è l’attacco del nucleofilo sull’estere protonato: dipende quindi dalla sua concentrazione, che, a sua volta, dipende dalla basicità dell’estere
K =[RC(O)OHR'+][RCO2R'][H+] [RC(O)OHR'+] = K [RCO2R'][H+]
v = k[RC(O)OHR'+] = kK [RCO2R'][H+]
La reattività dipende dalla costante di velocità dello stadio lento (k) Edalla costante di equilibrio acido-base preliminare (K)
k l'attacco del nucleofilo è favorito dai sostituenti ad attrazione elettronica
K la protonazione di una base è sfavorita dai sostituenti ad attrazione elettronica
Solo nel caso dell'idrolisi acida degli esteri gli effetti hanno valori molto simili, cioè la sensibilità della protonazione e dell'attacco nucleofilo all'effetto dei sostituenti è praticamente la stessa.
Essendo di segno opposto, gli effetti si annullano.
c) Ammidi
Le ammidi sono ancora meno reattive: l’acqua da sola non reagisce)
-OH, H2O oppure H2O, H+
In ambiente basico Nu = -OH
+ -:OHlento
-CR
NH2
OOHCR
NH2
O Ci sono solo CATTIVI gruppi uscenti, -OH e -NH2, ma -OH è più ACIDO di –NH2
-+ -NH2
-:OH --CR
NH2
OOH CR
O
OCR
NH2
OO
-
+ NH3-CRO
OH2O
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
reazione acido-base
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
12
In ambiente acido Nu = H2O
CRNH2
O
:OH2
lentoCR NH2
OH
OH2+
H+
H2O CR NH2
O H+
CR NH2
O H
+
CR NH2
OH
OH
HCR NH2
OH
OH2+ + CR
OH
OH+ CR
OH
OH
++ NH3
CROH
O+ NH4
+
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
d) Anidridi Nu = H2O
Le anidridi sono più reattive di esteri ed ammidi: basta l’acqua da sola
:OH2+
-+
R CO
O
R CO
R CO
O
R C
O
OH2
R C
O
OH2
++ R C
O
O
-
R CO
O
R CO
OHH
+
-
R COH
O2
e) NitriliI nitrili sono poco reattivi (meno delle ammidi): l’acqua da sola non reagisce)
-OH, H2O oppure H2O, H+
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
13
In ambiente acido Nu = H2O
H+ ++: +
:OH2 +
CR N CR N H CR N H CR N HOH2lento
H+ +tautomeria H+
CR N HOH
CR NH2
OPROSEGUE con l'idrolisi acida delle ammidi
:OH2 +
H+
H2O
+
+CR
NH2
OCR NH2
OH
OH2
CR NH2
O HCR NH2
O H
+ + +
++ NH3CR NH2
OH
OH
HCR NH2
OH
OH2
CROH
OHCR
OH
OH
+ NH4+CR
OH
O
L'ultimo passaggio rende IRREVERSIBILE l'intero processo
Sostituenti ad attrazione elettronica su R FACILITANO l'attacco del nucleofilo
2. REAZIONE CON ALCOOLI
a) Acidi carbossiliciIn ambiente acido Nu = R’OH
:
lentoCROH
OHOR'H
+CROH
O H+
CROH
O H+
O R'H
CROH
OH++ +
+H+H2O +
+
+
+CROH2
OHOR' CR
O
OR'CRO
OR'
H
CROH
OR'
La reazione intramolecolare è facile, se si formano anelli stabili (5 e 6 termini)
CHROH
CH2 CH2 COH
O
γ
:Δ CH
R
OCH2
CH2 OC
H2O + γ-lattoneH+
14
δ
:Δ
H2O +δ-lattone
H+CHROH
CH2 CH2 COH
OCH2
CHR
OCH2
CH2
OCH2 C
se l'OH è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della chiusura di un anello teso
ββ-eliminazione
H+CHR CH C
OH
O
CHR
O
CH2 OC
CHROH
CH2 COH
O Δ
H+Δ+ H2O
α
2
lattide
CH CO
O
CHR
OC
O
RCCHR
OH O
OH
C CH ROH
O
OH
se l'OH è più lontano dal carbossile, il prodotto dipende dalle condizioni di reazione
in soluzione molto diluita:
Δ
H+CH2 CCH2
O
OHCH2CH2
OHCH2CH2 O
O
Δ
H+n ( )
n
+ n H2O
CH2 CCH2O
OHCH2CH2
OHCH2 CH2
CH2 CCH2
O
CH2CH2O CH2 CH2
in soluzione concentrata:
b) Alogenuri acilici
+ HOR'
lento-
+
HCl
..CRCl
OCRCl
OOR'H
CROH
O
E’ opportuno effettuare la reazione in presenza di una base (per HCl)
15
es.:
+ CH3CH2CH2OH+ Cl-
+C
OCH2CH2CH3
ONC
Cl
O
NH
c) Anidridi
HOR'+
-
+..
R CO
O
R C
O
OR'H
R CO
O
R CO
++
-R C
O
OR'H
R CO
O+R C
OH
OR C
O
OR'
+
-
R CO
O
R C
O
OR'H
d) Esteri TRANSESTERIFICAZIONE
In ambiente basico Nu = -OR’’
+ -:OR"lento -
+ -OR'CROR'
OCR
OR'
OOR" CR
OR"
O
In ambiente acido Nu = R’’OH
:
lento
+
H+
R"OH
+
+CR
OR'
OCR OR'
OH
OR"H
CR OR'O H
CR OR'O H
O R"H
++
+
H++ R'OH CR
OR"
OCR OR'
OH
OR"
HCR
OH
OR"CR
OH
OR"
16
e) Ammidi Essendo meno reattive, richiedono condizioni di reazione troppo energiche per essere utili
REAZIONE CON AMMONIACA ED AMMINE3.
a) Acidi carbossilici
+ :NH3 - NH4+CR
OH
OCR
O
O
reazione acido-base
Scaldando il carbossilato di ammonio solido:
CRO
O- NH4
+(solido)
ΔCR
NH2
O+ H2O
CR
OH2
ONH2CR
O
O- NH4
+ CROH
O+ :NH3 CR
OH
ONH3
-+
-
+
CRNH2
O+ H2O
Meccanismo:
con NH3con NH3
con ammine primariecon ammine primarie
+ RNH2 - RNH3+
- (solido) Δ + H2ORNH3+
CROH
OCR
O
O
CRO
OCR
NH
O
R
-
-+
-
+
+ H2O
RNH3+
+ RNH2CRO
O
CR
OH2
O
NH R
CROH
OCR
OH
ONH2 R
CRNH
O
R
Meccanismo:
17
con ammine secondariecon ammine secondarie
+ :NHR2 -R2NH2
+
- (solido) Δ+ H2OR2NH2
+CR
NR2
O
CROH
OCR
O
O
CRO
O
Meccanismo:
-
-+
-
+
+ H2O
R2NH2+
+ :NHR2 CR
OH
O
NHR2CR
O
OCR
OH
O
CR
OH2
O
NR2 CRNR2
O
Se si ha un amminoacido con il gruppo amminico in γ o δ al carbossile, la reazione è intramolecolare (si formano anelli a 5 o a 6 termini)
γ
Δ
H++ H2O
γ-lattameCH2 CCH2
OCH
OHNH2R
CH2 CCH2
O
CHNH
R
Δ
δ H+ + H2O
δ-lattame
CH2 CCH2
O
CHR
NH
CH2CH2 CCH2
O
OHCHR
NH2
CH2
se l‘NH2 è più vicino al carbossile, ci sono altri percorsi di reazione, più facili della chiusura di un anello teso
H+β
Δ+ NH3
CO
CHR
NH
CH2C
O
OHCHRNH2
CH2
CO
OHCHR CH
β-eliminazione
18
b) Alogenuri acilici
+ :NH3lento
-+
HCl
CRCl
OCR
Cl
ONH3 CR
NH2
O
Meccanismo:
+ 2 :NH3 + NH4+Cl-CR
Cl
OCR
NH2
O
+ 2 R'NH2 + R'NH3+Cl-CR
Cl
OCR
NH
O
R'
+ 2 R'R"NH + R'R"NH2+Cl-CR
Cl
OCR
N
O
R'R"
c) Anidridi
R CO
O
R CO
:NH3+
R CO
O
R C
O
NH3
-+
R CO
O
R C
O
NH2
H+
-
R C
O
NH3
++ R C
O
O
-R C
OH
OR C
O
NH2 +
+ NH3 +OR
O
R
O
R
O
NH2 R
O
OH +NH4
R
O
O-NH3
19
+ R'NH2 +NH3 +
NH4R
O
O-OR
O
R
O
R
O
NH R' R
O
OH
+ R'R"NH +NH3
+NH4
R
O
O-OR
O
R
OR
O
N R'R"
R
O
OH
anidride ftalica
+ NH32..
- +NH3+..NH2
O
O
O
O
O
ONH4
NH2
O
OH
OLe anidridi cicliche danno immidi
ftalimmide
Δ
H2ONH
O
ONH
O
O
:B-
BHN
O
O
-base debole, H acido
d) Esteri
+ :NH3lento
-
+ R'OH+
-
+CR
NH2
OCROR'
ONH2
H
CROR'
O
NH3CROR'
O
+Δ + R'OHCR
OR'
ONH2 R" CR
NH
O
R"
+Δ
+ R'OHCROR'
ONH R"R'''
CRN
O
R"R'''
Gli esteri sono meno reattivi di alogenuri acilici e anidridi e perciòbisogna scaldare
20
REAZIONE CON ACIDI CARBOSSILICI E CARBOSSILATI4.
Con questi nucleofili possono reagire solo I derivati acilici più reattivi
a) Alogenuri acilici
+-
-
Cl-CR
O
OCR
Cl
O R ClO
R
C
O
OC
CRO
O
CRO
CRCl
OCR
O
O
CRO
CROH
O+
-R Cl
O
R
C
O
OC
HHCl
+
neutralizzato con una baseman mano che si forma
es:
CH3 CH2 CH2 CCl
O+ CH3 CH2 CH2 C
OH
ON
CH3CH2CH2
CO
O
CH3 CH2 CH2
CO
NH
+ Cl-
b) Acidi carbossilici(SOLO con acidi bicarbossilici in grado di formare anelli stabili)
CCH2
CH2 COH
O
O
OH
CO
CCH2
CH2
O
OH2O
Δ
2. REAZIONE CON TIOLI
a) Alogenuri acilici
CRCl
OSHR' + CR Cl
O
SHR'
-
+ HCl
CRSR'
O
NH
+ Cl-
es:
CH3 CH2 CCl
OCH3 CH2 SH+ N CH3 CH2 C
S
O
CH2 CH3
21
REAZIONE CON COMPOSTI ORGANOMETALLICI6.
con reattivi di Grignard e litioorganicicon reattivi di Grignard e litioorganici
a) Esteri
+δ- δ+
- +MgX R"OMgX+R' C OR"
OR MgX R' C OR"
O
R
R' C
OR
δ- δ++
- +MgX H2O, H+R MgXR' C
OR R' C R
O
RR' C R
OH
R
da qui prosegue la reazione dei chetoni
i chetoni sono più reattivi degli esteri e perciò si arriva all'alcool terziarioes.:
+H2O, H+
CH2CH3 C CH3
OO
MgBr
2 C OMgBrCH3 C OHCH3
δ- δ++ R"OLi+
- +LiR LiR' C OR"
OR' C OR"
O
RR' C
OR
da qui prosegue la reazione dei chetoni
δ- δ++
- +Li H2O, H+R' C
OR R Li R' C R
O
RR' C R
OH
Rb) Cloruri acilici
δ- δ++
- +MgXMgXCl+R' C Cl
OR MgX R' C Cl
O
RR' C
OR
con accorgimenti sperimentali, è possibile fermare la reazione alla formazione del chetone, altrimenti, si arriva ad alcool terziario
δ- δ++
- +MgX H2O, H+R' C
OR R MgX R' C R
O
RR' C R
OH
R
22
+δ- δ+ LiCl+
+Li
R' C ClO
R Li R' C ClO
RR' C
OR
+δ- δ+
- +Li H2O, H+R' C R
OH
RR' C
OR R Li R' C R
O
R
con cadmioorganici e cuprati organicicon cadmioorganici e cuprati organici
Per fermare la reazione a chetone si devono usare:
composti organometallici meno reattivisolo con i cloruri acilici
2 RMgX + CdCl2 R2Cd + MgCl2 + MgX2(R = CH3, alchile primario, fenile)
CdCl2MgBr
Cd
esempio:
+
-
CH3 CH2 CO
ClCH3 CH2 C
OCl CH3 CH2 C
O
Cd
δ- δ++
-R' C
ORR' C Cl
OR' C Cl
O
RR2CuLi
es.:
+C
Cl
O
(CH3)2CuLiC
CH3
O
-78°C
92%
C CH
CH CH3
C ClO
CH3
CH2
CH3
(CH3CH2)2CuLi C CH
CH CH3
C CH2
O
CH3
CH2
CH3
CH3
(feromone delle formiche)
23
RIDUZIONI
a) Con idruro LiAlH4
OHCR
OOHCH2R
LiAlH4CR
Cl
OOHCH2R
LiAlH4CR
OR'
OOHCH2R
LiAlH4CR
NH2
ONH2CH2R
LiAlH4CR N NH2CH2R
Meccanismo:
OCR
O
HH AlH3
- (Li+)+ H2 +O
CRO
AlH3
- (Li+)
Y = Cl, OR', OAlH3-
CRY
O+ -:H CR
Y
OH
-CRO
H + Y-
CRO
H + -:H CR
H
OH
-H2O
CR
H
OHH
Y = NH2
+ -:H
-
-
+ OH-CR
NH
OHH CR
NHHCR
Y
OCRNH2
OH
24
+ -:H-
CR
NH
HH
CR
NH2
H
HH2OCR
NH
H
C NR + -:H C NR
H-
+ -:H C NR
H
H
2- H2O2C NH2R
H
H
Diminuendo la reattività dell'idruro è possibile fermare ad aldeide la riduzione dei CLORURI ACILICI
+ -Li+[(CH3)3CO]3AlHCR
Cl
OC
R H
O
es.:+ -
Li+CH3 CH2 CH2 CCl
O[(CH3)3CO]3AlH CH3 CH2 CH2 C H
O
b) Con idrogeno e catalizzatoreH2, Pt
CR N NH2CH2R
Con catalizzatore disattivato è possibile fermare ad aldeide la riduzione degli ALOGENURI ACILICI
Pd, BaSO4Pd, chinolina
N
+ H2 CR H
OCR
Cl
O
es.:
+ H2Pd C
H
O
CCl
O
N
25
REAZIONI SPECIFICHE DELLE SINGOLE CLASSI DI GRUPPI FUNZIONALI
1. Acidi carbossilici
(a) trasformazione del gruppo OH in buon gruppo uscente
cattivo gruppo uscenteR C
O
OH
Per trasformarlo in buon gruppo uscente si possono utilizzare i reagenti che trasformano -OH in -Cl
+ SOCl2 + HCl + SO2R CO
OHR C
O
Cl
+ PCl5 + HCl + POCl3R CO
OHR C
O
Cl
+ PCl3 + P(OH)33 3 R CO
ClR C
O
OH
esempi:CH3 C
OOH + S ClCl
OCH3 C
OCl + HCl + SO2
Con agenti alogenanti
C OH
O
+ PCl5C Cl
O
+ HCl + POCl3
CH3 CO
OHCH2CH3+ PCl3 CH3 C
OClCH2CH3
+ P(OH)3
Meccanismo con SOCl2:
+ + HClS ClClO
CH3 CO
O S ClO
CH3 CO
OH
+ ++ -CH3 C
OO S Cl
OO S Cl
OCH3 C O CH3 C O
+CH3 CO
Cl O S O
Con diazometano: CH2N2 N NCH2+ -..
: N NCH2:- +
R CO
OH+ N NCH2
:- +
reazione acido-base
R CO
O -N NCH3
++
ottimo gruppo uscenteNu sp3
26
+ R CO
O CH3
N2Con diazometano si formano esteri metilici
Con dicicloesilcarbodiimmide, DCC N C N
+..
N
C
N
R CO
O H RCO
O CN
NH NH2 R'
Nu
Addizione nucleofila buon gruppo uscente
-
+
R CO
O CN
NH
NH2R'
R C
O
NH2 R'+
O CN
NH
-+
reazione acido-base
+R C
O
NH R' OH CN
NH
dicicloesilurea
O CNH
NH
La DCC permette di ottenere ammidi dagli acidi carbossilici in condizioni molto blande
b) reazione in posizione α
PBr3, Br2oppureP + Br2
α-alogenazione
CH CO
OHR
Br
CH2 CO
OHR Reazione HVZ
(Hell-Volhard-Zelinski)
PBr3
..
CH2 CO
OHR CH2 C
O
BrR CH C
OH
BrR
Meccanismo:
gli alogenuri acilici enolizzano più facilmente degli acidi carbossilici
Il C=C addiziona Br2
27
CH CBr
OHR
Br
CH COH
BrR
Br
BrCH C
O
BrR
BrBr-+ CH C
Br
OHR
Br
+H+
Quando si lavora la reazione (aggiunta di acqua), il bromuro acilico è più reattivo di quello alchilico. Oppure si possono aggiungere nucleofili
H+
ROH, H+
CH CO
BrR
Br
H2OCH C
O
OHR
Br
CH CO
ORR
BrCH C
O
NH2
RBr
NH3
2. Esteri
Con alcossido (condensazione di Claisen)
+CH3 CO
OCH2CH3
2CH3CH2O-Na+
CH2 CO
O CH2 CH3CH3 CO
CH3CH2OH
L’alcossido DEVE essere identico al gruppo -OR dell’estere
Meccanismo:
CH3 CO
O CH2 CH3
+ CH3CH2O-Na+ CH2 CO
O CH2 CH3
+ CH3CH2OH-(Na+)
reazione acido-base (equilibrio spostato a sinistra)E
Nu
C CO
O C CCH2 C
O
O C CC
O
O C C
C C
O
O C C
CH2
+-
:
-
(equilibrio spostato a sinistra)
28
CH2
CO
O CH2 CH3CH3
CO
CHCO
O CH2 CH3CH3
CO
+ CH3CH2O- -+ CH3CH2OH
(equilibrio spostato a destra)
CHCO
O CH2 CH3CH3
CO
-(Na+)
H2OCH2
CO
O CH2 CH3CH3
CO
OH-
H più acidi di quelli dell’estere di partenza
E' possibile la condensazione incrociata, quando un solo estere ha H in α:
CH3CH2O-Na1.
2. H++C CH2
C O
O O
CH2CH3CH3 C OO
CH2CH3
C OO CH2CH3
qualsiasi carbanione è in grado di dare condensazione
CH3 C C(CH3)3
O
NH3
NaNH2 H2C C C(CH3)3
O-(Na+)
CH2CO
CCH3 CH3
CH3 -+
CH3CH2O-CH3 C O
OCH2CH3
CH2C C(CH3)3
OCH3 C
O
3. AmmidiCon anidride fosforica, P2O5
RC
NH2
OC NR + H2O
Con con Br2 + NaOH (Trasposizione di Hofmann)
+ Br2 + 4 NaOH R-NH2 + 2 NaBr + Na2CO3 + 2 H2OR C NH2
O
(oppure NaOBr, OH-)
meccanismo
- + H2OR C NHO
+ -OHR C NH2
O
-N-bromoammide
+ +R C NHO
BrR C NHO
Br Br Br-
29
-+ -OH R C NO
BrR C NHO
Br + H2O
-....
..
..nitrene
+ Br-R C NO
Br R C NO
..
..isocianato
R C NO
R N C O
-+ -OHR N C O R N C O
OH H2OR NH C O
OH
--
+ H2O+ -OH- -OH
R NH C OOH
R NH C OOH
OHR NH C O
OH
O-
--
--
++
--
C OOO
R NH2R NH2 C OO
OR NH C O
OH
O
DECARBOSSILAZIONE
a) da carbossilati di metalli pesanti (reazione di Hunsdiecker)
RC
OH
O+ Ag2O
RC
O
O
- Ag+
RC
OH
O+ HgO
RC
O
O
- Hg2+)2
RC
OH
O+ Pb(OCOCH3)4
RC
O
O
- Pb4+)4
RC
O
O-
Ag+ + Br2 (o I2)
R Br + CO2R I( )
Δ
30
meccanismo:
-acil ipobromitoR C O
OBrBr BrR C O
O
inizio...
..
.. :..radicale carbossilato
+ Br:....
.R C O
O:
..
: .. .R C OO
Br
propagazione R.
+R C OO:
..
: .. . O C O
R . + + .... .RCO
O
Br R C OO
R Br
b) da β-chetoacidiΔ
+ CO2R
O
OH
OR
O
CH3
Δ#
+
RC
CH2
HO
CO
ORC
CH2
OCO
O
H
RC
CH2
C
O
O
HO
RC
CH2
HO
RC
CH3
O
in ambiente basico:
-+ CO2-
-
RC
CH2
OCO
O RC
CH2
O
RC
CH2
O
31
b) da acidi β-dicarbossilici
+ CO2OH
O
CH3OH
O
OH
O
Δ+
OHC
CH2
HO
OHC
CH2
C
O
O
HO
#
OHC
CH2
OCO
O
H
OHC
CH2
HO
OHC
CH3
O
CO
O
la decarbossilazione è favorita da sostituenti ad attrazione elettronica
+ CH2CH2O- :--
Na+
(Na+)
sostituzione nucleofila al C saturo
ecc.C
OCH2CH3O
CR"O
CHC
OCH2CH3O
CR"O
CH
R X
COCH2CH3O
CR"O
CH R
COCH2CH3O
CR"O
CH2
c'è ancora un H acido(meno di prima )
H2O, OH- -
idrolisibasica
CO
OCR"O
CHR
neutralizzazione(acido-base)
H+
COH
OCR"O
CHRΔ
decarbossilazione
- K+(CH3)3C O
COCH2CH3O
CR"O
C R:- (K+)
sostituzione nucleofila al C saturo
R1 X
H2O, OH-
idrolisibasica
- H+Δ
CO2
1.2.
COCH2CH3O
CR"O
C RR1 CO
OCR"O
CR
R1
CR"O
CH RR1
CR"O
CH2 R
SINTESI "ACETOACETICA" Sfrutta l'acidità degli H in mezzo a due CO e la facile decarbossilazione dei β-chetoacidi
32
Scegliendo opportunamente il reagente R-X, si possono ottenere chetoni con un altro gruppo funzionale
R-X = α-alogenoesteri
COCH2CH3O
CCH3 O
CH: - + R CHBr
C O
O
CH2 CH3
RCH C O
OCH2 CH3
COCH2CH3O
CCH3 O
CH
1. NaOH, H2O
2. H3O+α
β
γα
β Δ
CO2RCH C OH
OCOHO
CCH3 O
CH RCH C OH
O
CCH3 O
CH2
RCH C OH
OCCH3
OCH2
γ-chetoacido
R-X = α-alogenochetoni
COCH2CH3O
CCH3 O
CH: - 1. NaOH, H2O
2. H3O+CH2 C R
OCOCH2CH3O
CCH3 O
CHCH2Br C R
O
αβ
Δ
CO2
CH2 C ROC
OHO
CCH3 O
CH CH2 C RO
CCH3O
CH2
γ-dichetone
R-X = alogenuri acilici
Non si può usare come base CH3CH2ONa in CH3CH2OH, perché l'alogenuro acilicoè molto reattivo (e reagisce con l’etossido ed anche con l'etanolo)
33
NaH
H2
COCH2CH3O
CCH3 O
CH: - + R CCl
O
CH C ROC
OCH2CH3O
CCH3 O
COCH2CH3O
CCH3 O
CH2
1. NaOH, H2O
2. H3O+
Δ
CO2
CH2 C RO
CCH3
Oβ-dichetone
Con una base molto forte (ammide di sodio o di potassio) si possono strappare due protoni.Il dianione può essere fatto reagire con un equivalente di alogenuro alchilico
KNH2
NH3
:-
-..
2 K+:- NH4
+ClC OCH2CH3O
CCH2
O
CH
R
COCH2CH3O
CCH2
O
CHC OCH2CH3O
CCH3
O
CH2
C OCH2CH3O
CCH2
O
CH2
RR X
per la neutralizzazione conviene usare l'acido coniugato del solvente
il β-chetoestere con catena allungata può essere utilizzato in tutte le reazioni viste in precedenza
SINTESI "MALONICA"
Sfrutta l'acidità del metilene tra due funzioni esteree e la facile decarbossilazionedegli acidi β-dicarbossilici
+ CH2CH2O- :-
-
-
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH2
propandioato dietilico(malonato dietilico)
"estere malonico"
:-
X
1. H2O, -OH
2. H3O+Δ
CO2
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH R
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH R X C OHO
COHO
CH R COHO
CH2
R
acido aceticoα-sostituito
34
1. H2O, -OH
2. H3O+
Δ , - CO2
(CH3)3CO-K+-
3.
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CR R'C
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
C:R R' XC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH R
COH
OCHRR'
acido acetico α,α-disostituito
La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il 3-ossobutanoato di etile (estere acetoacetico)
alogenuri alchilici, alogenuri acilici, α-alogenochetoni, α-alogenoesteri
altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica:
R-X = α,ω-dialogenoalcani+ CH2CH2O- :-Na+ Na+
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CHC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH2
1. H2O, -OH
2. H3O+
Δ , - CO2
(CH3)3CO-K+-
3.
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CR R'C
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
C:R R' XC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH R
COH
OCHRR'
acido acetico α,α-disostituito
La reazione si può effettuare con tutti gli alogeno derivati utilizzati con il 3-ossobutanoato di etile (estere acetoacetico)
alogenuri alchilici, alogenuri acilici, α-alogenochetoni, α-alogenoesteri
altri esempi (che si possono usare anche nella sintesi acetoacetica:
R-X = α,ω-dialogenoalcani+ CH2CH2O- :-Na+ Na+
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CHC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH2
35
a) in eccesso di estere
:-
:-( )nBr CH2 Br ( )nC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CHC
OCH2CH3O
C
OCH2CH3
O
CH CH2
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
CHC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH
1) H2O, OH-
2) H+( )n
Δ
2 CO2
( )n
acido bicarbossilico
COH
OCH2C
OH
OCH2 CH2
COHO
COHO
CHC
OHO
COHO
CH CH2
b) in quantità equimolari
:-
( )nBr CH2 Br ( )n CH2CH2O-
( )n:-C
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CH CH2 BrC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
CHC
OCH2CH3O
COCH2CH3
O
C CH2 Br
COCH2CH3O
COCH2CH3
O
C (CH2)nC
OHO
COHO
C (CH2)n1) H2O, OH-
2) H+
Δ
CO2
(CH2)n COH
OC n = 2,3,4,5
acidi cicloalcancarbossilici
