ALOGENURI ALCHILICI
Hanno molti impieghi:
Cl
Cl
Cl CH CCl2
O
C
CH
CCl3
solvente per
lavaggio a secco
Cl
DDT
lacrimogeno
insetticida
Si trovano raramente in natura:
I
O
I
O
I
NH2
CH2 CH CO2H
I
tirossina
Chimica Organica e Laboratorio
Br
N
H
H
N
Br
O porpora di Tiro
Dr Pierluca Galloni
Proprietà fisiche
μ(D)
p.e (°C)
densità (g/ml a 20°C)
CH3F
CH3Cl
CH3Br
CH3I
1.81
-78.4
gas
1.86
-24
gas
1.78
5
gas
1.64
43
2.28
Caratteristica strutturale degli alogenuri
ALOGENO
È questo che conferisce alla molecola la reattività caratteristica
δ+
δ-
CH3 CH2 CH2 Br
questo C NON ha carica
parziale positivae NON è
attaccato dai nucleofili
elettronegativo, con
parziale carica negativa
questo C ha una parziale carica POSITIVA
ed è attaccato dai NUCLEOFILI
Il C, ibridato sp3, ha tutte le valenze soddisfatte: può dare un legame
diverso (e quindi reagire), solo se si rompe uno dei legami presenti
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
SOSTITUZIONE NUCLEOFILA
-OH + CH CH Br
3 2
CH3O- + (CH3)2CH-Cl
CH3CH2OH + Br(CH3)2CH-OCH3 + Cl-
atomo nucleofilo
GRUPPO USCENTE
.. H O
.. :
+
NUCLEOFILO
CH3 CH2
Br
CH3 CH2 OH
+
.. :Br :
..
questi elettroni σ
escono con Br
Reazione caratteristica: SOSTITUZIONE NUCLEOFILA al C saturo
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
La reazione comporta la rottura di un legame (C-gruppo uscente) e la
formazione di un legame (C-atomo nucleofilo).
Questi processi possono avvenire contemporaneamente o in successione.
MECCANISMO IN UN SOLO STADIO
R-X + Y-
R-Y + X-
δ-
δY----R----X
SN2
E
Sostituzione
Nucleofila
BImolecolare
R-X + YBimolecolare = due specie molecolari
prendono parte allo stato di transizione
Chimica Organica e Laboratorio
R-Y + X-
coordinata di reazione
Dr Pierluca Galloni
#
Y
:
C
:
X
Chimica Organica e Laboratorio
Y
:
C
:
X
Y
:
C
+
X
:
Dr Pierluca Galloni
MECCANISMO IN DUE STADI
lento
R-X
R+ + Y-
R+ + X-
δ+
δR----X
δ+
δR----Y
R-Y
E
R+
SN1
Sostituzione
Nucleofila
Unimolecolare
R-X
R-Y
coordinata di reazione
Unimolecolare = una sola specie molecolare
prende parte allo stato di transizione
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
+
:
C
C
X
+
:
X
orbitale vuoto
+
Y
:
C
Chimica Organica e Laboratorio
Y
:
C
Dr Pierluca Galloni
MECCANISMO IN DUE STADI
Quando il centro di reazione è un atomo in grado di espandere l'ottetto, è
possibile anche un meccanismo in due stadi in cui prima si forma il nuovo
legame e poi si rompe quello vecchio, passando attraverso un intermedio
pentacoordinato (con il C questo non è possibile)
.. :O:
+
.. P O CH3
:
HO
.. H3C O
H3C O
Chimica Organica e Laboratorio
O
HO P
H3C O
O CH3
O CH3
HO
O
P+
O CH3
O CH3
Dr Pierluca Galloni
Per distinguere tra i due meccanismi delle sostituzioni nucleofile al C saturo
si devono considerare vari fattori.
1. CINETICA DI REAZIONE
2. GRUPPO USCENTE
3. NUCLEOFILO
4. NATURA DEL GRUPPO ALCHILICO
5. ANDAMENTO STEREOCHIMICO
6. SOLVENTE, TEMPERATURA
1
CINETICA DI REAZIONE
processo bimolecolare
processo unimolecolare
Chimica Organica e Laboratorio
velocità = k[R-X][Y-]
velocità = k[R-X]
Dr Pierluca Galloni
2.
GRUPPO USCENTE
Il legame C-gruppo uscente si rompe nello stadio lento di entrambi i meccanismi
È comunque importante avere un buon gruppo uscente
R-F < R-Cl < R-Br < R-I
REATTIVITA' CRESCENTE
CAPACITA' COME
GRUPPO USCENTE
Facilità con cui un gruppo può venire
sostituito da un nucleofilo.
Dipende dalla capacità che ha il gruppo di ospitare gli elettroni del
legame (e perciò, spesso, una carica negativa).
Le sostituzioni nucleofile possono avvenire anche con gruppi uscenti
diversi da alogeno
La CAPACITA' COME GRUPPO USCENTE (leaving group ability)
di un gruppo è inversa alla sua BASICITA'
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
C-ALOGENO > C-O- >> C-NCAPACITA' CRESCENTE COME GRUPPO USCENTE
HO-, RO- (per es., CH3O-)
CATTIVI gruppi uscenti
H2O, ROH (per es., CH3OH)
BUONI gruppi uscenti
Si può avere un buon gruppo uscente con carica negativa sull'ossigeno se la
carica è delocalizzata (basicità minore):
R
OC
R
O
O
C
O-
O
O
carbossilato
S OO
Chimica Organica e Laboratorio
R O S O
R
O
R O S O
O
monoalchil solfato
O-
O
R
-
R O S O
O-
S O
O
solfonato
O-
O
R
S O
O-
Dr Pierluca Galloni
Solfonati più comunemente usati come gruppi uscenti:
H3C
S
O
O
O
-
CF3
O
S
-
O
O
trifluorometansolfonato
O
metansolfonato
DERIVATI ALCHILICI
CLASSE DI COMPOSTI
O
4-metilbenzensolfonato
(tosilato)
GRUPO USCENTE
R-X
X
R-F, R-Cl, R-Br, R-I
F-, Cl-, Br-, I-
alogenuri alchilici
O
O
esteri di acidi
solfonici
S O R
H3C
O-
S
H3C
O
S O
-
O
H3C
esteri di acidi
carbossilici
O
R' C
O R
(solo per R = terziario, allile, benzile)
Chimica Organica e Laboratorio
O
R' C
O
Dr Pierluca Galloni
DERIVATI ALCHILICI
CLASSE DI COMPOSTI
R-X
X
alcooli
R OH
+
R OH2
R O
alcooli in ambiente acido
eteri
R'
+
R O R'
H
eteri in ambiente acido
O
ossaciclopropani
+
R SR'2
GRUPO USCENTE
sali di trialchilsolfonio
R NH2
+
R NH3
+
R NR'3
Chimica Organica e Laboratorio
ammine
ammine in ambiente acido
sali di tetraalchilammonio
-OH
:OH2
-O-R'
:O R'
H
O
-
: SR'
2
-NH
2
:NH3
:NR'3
Dr Pierluca Galloni
3.
NUCLEOFILO
Il nucleofilo entra nello stato di transizione di un processo BIMOLECOLARE,
ma NON partecipa allo stadio lento di un processo UNIMOLECOLARE
Si ha SOSTITUZIONE BIMOLECOLARE SOLO IN
PRESENZA di un NUCLEOFILO FORTE
Si ha SOSTITUZIONE UNIMOLECOLARE in ASSENZA
di un nucleofilo forte
Un processo bimolecolare avviene tanto più facilmente (a parità di altre
condizioni) quanto più nucleofilo è il reagente.
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
FATTORI CHE INFLUENZANO LA NUCLEOFILICITA'
1. Per nucleofili con lo STESSO ATOMO NUCLEOFILO, la nucleofilicità è tanto
maggiore quanto più negativo è l'atomo nucleofilo
HO- > H2O:
H2N- > H3N:
HS- > H2S:
2. Per nucleofili con ATOMI NUCLEOFILI DIVERSI, appartenenti alla STESSA
RIGA del sistema periodico, la nucleofilicità è parallela alla basicità
BASICITA' MAGGIORE
NUCLEOFILICITA' MAGGIORE
H2N- > HO- > NH3 > F- > H2O
3. Per nucleofili con ATOMI NUCLEOFILI DIVERSI, appartenenti allo stesso
gruppo, ma a righe diverse, la nucleofilicità aumenta con la
POLARIZZABILITA' dell'atomo nucleofilo.
CH3SH > CH3OH
HS- > HOCl- > F(CH3CH2)3P > (CH3CH2)3N
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
ORDINE DI NUCLEOFILICITA' DEI NUCLEOFILI PIU' COMUNI
Cl- >
N
O- >
, AMMINE > CH3CO2-, RCO2- >
più debole dei nucleofili forti
Nucleofil
DEBOLI
> H2O , R-OH, RCO2H
Nucleofili
FORTI
-OH, -OR > Br- >
>
C N >
S > I
LA NUCLEOFILICITA' DIPENDE DAL SOLVENTE.
E' perciò possibile, in certi solventi, trovare ordini di nucleofilicità diversi.
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
4.
NATURA DEL GRUPPO ALCHILICO
SN2
HO:
-
H3 C
CH3
C Br
H
-
HO- - - -C- - - -Br
CH3
HO
C
H
H
H
HH
legami
parziali
Nello stato di transizione il C è pentacoordinato
nel passare dallo stato iniziale allo stato di transizione AUMENTA
l'affollamento sul C centro di reazione
VELOCITA' RELATIVE DI ALCUNI ALOGENURI ALCHILICI IN SN2
Alogenuro
alchilico
CH3X
Velocità
relativa
30
Alogenuro
alchilico
Velocità
relativa
CH3CH2CH2CH2X
0.4
CH3CH2X
1
(CH3)2CHX
0.03
CH3CH2CH2X
0.4
(CH3)3CX
0
Chimica Organica e Laboratorio
(nessuna reazione)
Dr Pierluca Galloni
VELOCITA' CRESCENTE PER UNA SN2
RX terziario << RX secondario < RX primario < CH3X
H
-
CH3O
H
H
H C
H
C Br
C Br
H
-
CH3O
molto veloce
3°
H
H
moderatamente
veloce
H
CH3O
-
H
H
C
H H
C
H
C Br
E
H
H
molto lenta
H
O
CH3
2°
1°
H
H
H C
CH3X
C
H
C Br
H
C
coordinata di reazione
H
H
NON AVVIENE
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
L'affollamento nello stato di transizione si sente anche quando la
ramificazione è in β al centro di reazione:
β
α
β
α
β α
R-CH2-CH2-X > R2CH-CH2-X >> R3C-CH2X
E' sempre più difficile per il gruppo alchilico raggiungere la coplanarità
con gli H, richiesta dalla pentacoordinazione.
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
stadio lento
SN1
FORMAZIONE DELL'INTERMEDIO (CARBOCATIONE)
H3C
δ+
C Br
H
H
CH3
CH3
δ-
C - - - - -Br
C+
HH
HH
VELOCITA' RELATIVE DI ALCUNI BROMURI ALCHILICI IN una tipica SN1
Bromuro
alchilico
Velocità
relativa
Bromuro
alchilico
CH3Br
0.1
(CH3)2CHBr
CH3CH2Br
1
(CH3)3CBr
Chimica Organica e Laboratorio
Velocità
relativa
11.6
1.2 x 106
Dr Pierluca Galloni
RX terziario >> RX secondario > RX primario > CH3X
VELOCITA' CRESCENTE PER UNA REAZIONE SN1
Nello stato di transizione il C è tricoordinato
nel passare dallo stato iniziale allo stato di transizione
DIMINUISCE l'affollamento sul C centro di reazione
X
C
H3 C
CH3
CH3
109°
X-
C
H3 C
+
CH3
CH3
120°
repulsione
minore
repulsione
La velocità della reazione dipende dalla stabilità del carbocatione che si forma
più stabile è il carbocatione, più stabile è lo stato di
transizione corrispondente.
STABILITA' CRESCENTE DEI CARBOCATIONI
+CH < CH CH + < (CH ) CH+ < (CH ) C+
32
33
3
3 2
Chimica Organica e Laboratorio
Effetto induttivo +I
degli alchili
Dr Pierluca Galloni
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Quando si formano carbocationi ci possono essere prodotti non attesi:
(CH3)3CCH(Cl)CH3 + Br-
CH3 Cl
H 3C
C
(CH3)3CCH(Br)CH3 + (CH3)2C(Br)CH(CH3)2
prodotto inatteso
prodotto atteso
CH3
SN1
H3 C
CH CH3
C
+
CH CH3
CH3
Br-
CH3
+
H 3C C
C
CH CH3
CH3
prodotto atteso
TRASPOSIZIONE
Chimica Organica e Laboratorio
CH CH3
CH3
Br-
CH3 Br
H 3C
CH3
Br
H3C C
CH3
CH CH3
CH3
prodotto inatteso
(REARRANGEMENT)
Dr Pierluca Galloni
Un CARBOCATIONE dà TRASPOSIZIONE tutte le volte che si può trasformare
in un carbocatione più stabile, per migrazione 1,2 di H3C: (o di H:)
Il metile migra più facilmente di H
H
CH3 C
CH
+
+
CH3 C
CH3
H
CH CH3
CH3
CH3
STABILITA' CRESCENTE DEI CARBOCATIONI
+CH
3
< CH3CH2+ < (CH3)2CH+ < (CH3)3C+ < allilico, benzilico
i carbocationi allilico e benzilico sono stabilizzati per risonanza
+
CH2-CH=CH2
+
CH2=CH-CH2
+
CH2
CH2
CH2
+
CH2
+
CH2
+
+
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
ATTENZIONE !!!!
Carbocationi sul C sp2 (VINILICI, ARILICI) NON sono stabili: l'orbitale
vuoto (sp2) è PERPENDICOLARE agli orbitali p e quindi NON PUO'
PARTECIPARE ALLA RISONANZA
+
Chimica Organica e Laboratorio
+
non si formano
Dr Pierluca Galloni
Se il C centro di reazione è legato ad un sistema di elettroni π
(doppi legami o anelli benzenici), la reattività è maggiore a quella
del corrispondente composto saturo
Alogenuro alchilico
velocità relativa
SN1
CH3CH2X
CH2=CHCH2X
C6H5CH2X
(C6H5)2CHX
SN1
1
33
380
ca.105
velocità relativa
SN2
1
40
120
i carbocationi allilico e benzilico sono stabilizzati per risonanza
PIU' STABILE E' IL CARBOCATIONE, MINORE E' L'ENERGIA DELLO
STATO DI TRANSIZIONE DELLO STADIO IN CUI IL CARBOCATIONE SI
FORMA.
più veloce è la reazione
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Lo stato di transizione è stabilizzato dall'interazione con il
sistema π
SN2
CH2
CH2
HO- + CH
CH2-Cl
CH2
CH
HO- - - - C - - - - -Cl
CH + ClCH2-OH
H H
HO-
+
HO------ C -------Cl
CH2-Cl
Chimica Organica e Laboratorio
HH
+
Cl-
CH2-OH
Dr Pierluca Galloni
si sta avvicinando
nello stato di transizione
OH
C
C
C
Cl
parziale
sovrapposizione
sta uscendo
Un legame π più distante dal centro di reazione non ha effetto
CH2=CH-CH2CH2Cl
CH2CH2CH2Cl
Reagiscono come gli
altri alogenuri primari
il legame π è troppo lontano per
dare sovrapposizione nello stato di
transizione
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
5.
ANDAMENTO STEREOCHIMICO
Nello stato di transizione nucleofilo e gruppo uscente
condividono i due lobi dello stesso orbitale
S N2
δ-
X
..
X
..
H
..
CH2CH3
C
C
H
CH3
..
X
#
CH3
CH2CH3
(-)
..
Nu
CH2CH3
C
..
δ-
INVERSIONE DELLA CONFIGURAZIONE
Chimica Organica e Laboratorio
H
H3C
(-)
Nu
REAZIONE
STEREOSPECIFICA
Dr Pierluca Galloni
Una reazione è STEREOSPECIFICA se si forma UNO SOLO di più
stereoisomeri possibili.
Una reazione si dice STEREOSELETTIVA quando uno dei possibili
stereoisomeri si forma in prevalenza.
CH2CH3
C
H
CH3
I-
Br
δ-
I- - - - - C - - - -Br
H
(S)
Chimica Organica e Laboratorio
#
CH2CH3
δCH3
CH2CH3
I
C
H
CH3
(R)
Dr Pierluca Galloni
SN1
Il carbocatione è planare
Nu
FACCE
ENANTIOTOPICHE
..
C
(-)
X
....
..
X
+
(-)
H
H3C
+
C
C
H
CH2CH3
CH3
CH2CH3
..
Nu
H
CH3
H
H3C
CH2CH3
+
CH2CH3
C
..
Nu
RACEMIZZAZIONE
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
H
H
C Br
H3C
CH2
CH3
CH3
..
O
..
CH3
.. O
..
H
C
Br-
C sp2
H
H3C
H3C CH CH
2
3
H
+
C O:
CH3
CH2
CH3
+
50%
- H+
H
H
+
:O C
CH3
H3C
CH2
50%
CH
3
H
H
C O
H3 C
Chimica Organica e Laboratorio
CH2
CH3
H
CH3
(R)
O C
H3 C
(S)
CH3
CH2
CH3
Dr Pierluca Galloni
LA SOSTITUZIONE NUCLEOFILA E' (QUASI) SEMPRE ACCOMPAGNATA
DALLA REAZIONE DI ELIMINAZIONE
Quando si forma un carbocatione, questo può evolvere in modo
diverso dalla sostituzione nucleofila, perdendo un protone in
posizione β e dando un ALCHENE.
CH3
H3C C
lento
Br
H
CH3
B-------H
:B
=/
H3C
H3C
+ C CH2
C
H3C
-----
C CH2
CH2
H3C
H3C
La sostituzione SN1 è accompagnata SEMPRE da una reazione di
ELIMINAZIONE, che avviene con meccanismo
Eliminazione
Unimolecolare
Chimica Organica e Laboratorio
+ Br-
H3C C +
CH3
CH3
H3C
CH3
CH3
=/
δδ+
H3C C ---------Br
E1
Dr Pierluca Galloni
Quando un nucleofilo forte è anche una BASE FORTE, la sostituzione
SN2 è accompagnata da una reazione di ELIMINAZIONE, che avviene
con un meccanismo
E2
Eliminazione
Bimolecolare
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
OCH2-CH3
CH3 CH2 O
-
H
Br
S N2
CH3 CH CH3
+ CH2 CH CH3
E2
Chimica Organica e Laboratorio
CH2
CH CH3 + CH3 CH2 OH
Dr Pierluca Galloni
E1
SN1
R+
E
alchene
E2
R-X
R-Y
coordinata di reazione
E
S N2
alchene
R-X
Chimica Organica e Laboratorio
R-Y
coordinata di reazione
Dr Pierluca Galloni
Quando c'è una base forte ed un idrogeno sufficientemente acido (cioè si
forma un carbanione sufficientemente stabile) si può avere un altro
δ+
=/
H-------B
I
I
R CH CH2 Br
:B
H
R CH CH2 Br
δ-
lento
R CH CH2 Br
E1cB
Chimica Organica e Laboratorio
δ=/
----- -------Br
R CH
CH2
-
+
R CH CH2 Br +
BH
R CH CH2 + Br-
Eliminazione
Unimolecolare
sulla Base
coniugata
Dr Pierluca Galloni
6.
SOLVENTE, TEMPERATURA
In assenza di nucleofili forti, i solventi POLARI PROTICI (H2O,
ROH, RCO2H) favoriscono i processi UNIMOLECOLARI, perché
favoriscono la formazione del carbocatione, mediante interazione
di legame idrogeno
IN TUTTI GLI ALTRI SOLVENTI, I PROCESSI UNIMOLECOLARI NON HANNO
LUOGO
I processi BIMOLECOLARI sono abbastanza indipendenti dal
solvente. E' invece influenzata dal solvente la NUCLEOFILICITA'
del nucleofilo.
I solventi polari protici solvatano bene gli ioni, mediante legame
idrogeno, diminuendo la nucleofilicità degli anioni.
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
O CH3
H
..
CH3
H3C
. .. .. H O
O H .... F- .
. .. .. .. H O
.
H
H3C O
CH3
H .... ....H O
O
CH3
ICH3 ...
.
H CH
3
O
I solventi polari APROTICI solvatano bene i cationi, ma non gli anioni e
perciò ne aumentano la nucleofilicità
Solventi dipolari aprotici più comuni:
CH3COCH3
H
C
H3C
CH3 C N
N,N-dimetilformammide
Chimica Organica e Laboratorio
CH3
O
DMSO
N(CH3)2
O
DMF
S
O
H3 C
P
CH3
N
N
H3C N CH3
H3C CH3
S
O
O
solfolano
HMPT
(HMPA)
esametilfosforotriammide
Dr Pierluca Galloni
Un aumento di TEMPERATURA favorisce il processo con energia di
attivazione più alta e quindi aumenta la percentuale di ELIMINAZIONE.
E2
E
SN2
E1
SN1
alchene
R+
E
R-X
R-Y
alchene
coordinata di reazione
R-X
R-Y
coordinata di reazione
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Reazione di ELIMINAZIONE
Che cosa succede quando nella molecola di alogenoalcano ci sono H diversi in β?
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3CH2 C+
CH3
CH3OH
CH3 CH2 C Br
SN1
E1
H+
β'
CH2 H
CH3 CH C +
β
CH3
+
CH3 CH2 C O CH3
CH3 CH2 C O CH3
CH3
CH3 H
H+
CH3
CH3 CH C
H
CH3
CH2
+
CH3
2-metil-2-butene
CH3 CH2 C
CH3
2-metil-1-butene
I due alcheni NON si formano in quantità uguali
ORIENTAMENTO
Tutte le volte che uno dei possibili prodotti di una reazione si forma in quantità
maggiori rispetto agli altri, si parla di ORIENTAMENTO
Se in una molecola ci sono H NON EQUIVALENTI in β al gruppo uscente, quale
alchene si forma in una reazione di eliminazione?
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Fatto sperimentale:
"Nelle reazioni di eliminazione prevale l'alchene con il maggior numero di
gruppo alchilici sugli atomi del doppio legame carbonio-carbonio"
(Saytzeff, 1875).
E1
CH3 CH2 CH CH3
Br
CH3 CH CH CH3 +
80%
HBr
CH3 CH2 CH CH2
20%
Come si spiega?
Fatto sperimentale:
Gli alcheni sono tanto più stabili quanto più il doppio legame è sostituito
CH3
CH2 CH2< CH3 CH CH2 < CH3 CH CH CH3< CH3 C
CH3
CH CH3 < CH3 C
C CH3
CH3
STABILITA' CRESCENTE DEGLI ALCHENI
Vediamo nel corso della reazione a che punto inizia a formarsi il doppio legame
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
CH3 CH
E1
1° Stato di Transizione
(determina la velocità)
C δ+
CH3
----
H δ+
2° Stato di Transizione
(determina i prodotti)
CH3
parziale doppio
legame
E
R+
alchene MENO sostituito
alchene PIU' sostituito
R-X
coordinata di reazione
δB- - - H
E2
B:- + CH2 CH CH3
H
Br
=/
CH2- - - CH CH3
CH2 CH CH3
Br δ-
Lo stato di transizione che determina la formazione dei prodotti ha un
PARZIALE CARATTERE DI DOPPIO LEGAME in entrambi i meccanismi.
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
l'orientamento (secondo Saytzeff) PORTA ALLA
FORMAZIONE di PREFERENZA dell'ALCHENE PIU'
SOSTITUITO (PIU' STABILE)
- SEMPRE in caso di E1,
- GENERALMENTE in caso di E2.
Quando di due diverse “regioni” di una molecola, entrambe reattive, solo
una reagisce, si dice che la reazione è REGIOSPECIFICA.
Se una reagisce di preferenza rispetto all’altra, si dice che la reazione è
REGIOSELETTIVA.
La β-eliminazione è REGIOSELETTIVA
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
CH3 CH2 CH CH3
Br
CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2
HBr
cis o trans ?
ANDAMENTO STEREOCHIMICO
E2
Nello stato di transizione si sta formando il doppio legame
e perciò gli orbitali che si stanno liberando devono essere
coplanari (PARALLELI), per potersi sovrapporre.
La coplanarità può essere raggiunta in una conformazione eclissata (poco
popolata) o nella conformazione alternata in cui gruppo uscente e H in β
sono in anti tra loro
.. δ:Cl:
=/
..
Cl
CH3
CH3
Cl
H
H
CH3
H3C
---C C
C C
C C
H
H
CH3
CH3
H
H
H
H .
H
.
..
..O H
-:OH
δ..
OH
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Cl
H
..
CH3
C
C
..
H
H
-O
H
CH3
CH3
C
..
-Cl
Cl
H3C
C
H
H
..
δ-
H
..
..
=/
δ-
CH3
C
C
H
CH3
HC
= 3
H
H
C
C
CH3
H
H
O H
O H
ELIMINAZIONE "ANTI"
Br
Se si parte da uno stereoisomero puro:
CH3
H
Br
H
Br
CH3
H
=
CH3
Br
Br
H
Br
CH3
Chimica Organica e Laboratorio
Br
CH3
=
H
H
δ-
=/
Br CH3
H
CH3
H
CH3
δOH
Dr Pierluca Galloni
Br
δ-
=/
Br CH3
Br
H
H
H
CH3
δOH
CH3
CH3
E
cis
REAZIONE
STEREOSPECIFICA
Il doppio legame si forma a partire dal carbocatione
E1
H
H3C CH
CH3
C+
H
la possibilità della rotazione permette la
formazione di entrambi gli isomeri
Per vedere se ci sono preferenze, scriviamo lo stato di transizione dal carbocatione all’alchene,
Dr Pierluca Galloni
Chimica Organica e Laboratorio
STATO DI TRANSIZIONE CHE PORTA AL trans:
B
B δ-
δH
H
H
δ+
----C
C
CH3
=
H
H3C
δ+
CH3
H
H
H3C
CH3
H
H
H3C
HB
CH3 = C
H
H3C
C
H
STATO DI TRANSIZIONE CHE PORTA AL cis:
B δ-
B δH
H
H3 C
H
δ+ CH3 =
----H3C
C
C
H3C
H
H3C
H
δ+ H
HB
H3C
H3 C
CH3
H =
C
H
H
C
H
SI FORMANO TUTTI GLI ALCHENI, CON PREVALENZA DI QUELLO CHE SI
E' FORMATO ATTRAVERSO LO STATO DI TRANSIZIONE PIU' STABILE
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
E2 CON ALOGENOCICLOESANI
Non tutte le conformazioni sono reattive
H
H
Cl
Cl
con Cl assiale,
nessun H β in anti
con Cl assiale,
2 H β in anti
conformero meno stabile,
reattivo nella E2
conformero più stabile,
non reattivo nella E2
Si possono avere anche risultati "inattesi":
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
lenta
E2
però
Cl veloce
CH
H3C CH3
CH
CH
H3C CH3 H3C CH3
25%
prevale l'alchene più stabile
Chimica Organica e Laboratorio
75%
Cl
CH
H3C CH3
E2
CH
H3C CH3
100%
Si forma SOLO l'alchene MENO stabile
Dr Pierluca Galloni
(2-cis,5-trans)-1-cloro-2-isopropil-4-metilcicloesano
CH3
H
H
CH(CH3)2
H3C
Cl
CH(CH3)2
Cl
conformazione più stabile,
reattiva nella E2
può dare entrambi
gli alcheni, prevale
il più stabile
conformazione meno stabile,
non reattiva nella E2
(2-trans,5-cis)-1-cloro-2-isopropil-4-metilcicloesano
CH(CH3)2
H
H3 C
CH3
Cl
Cl
conformazione
meno stabile
Chimica Organica e Laboratorio
un solo H β, può dare
un solo l'alchene,
quello meno stabile
CH(CH3)2
conformazione più stabile,
non reattiva nella E2
Dr Pierluca Galloni
Quando si forma in prevalenza l'alchene meno stabile, si parla di
orientamento secondo HOFMANN; questo tipo di orientamento si
ha solo con il meccanismo E2, in casi particolari.
Fattori che favoriscono l'orientamento secondo Hofmann:
1.
VOLUMINOSITA' DELLA BASE
Br
CH3 CH2 CH CH3
E2
CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2
con B- = CH3CH2O- (piccola)
81%
19%
con B- = (CH3)3CO- (voluminosa)
47%
53%
H
H
H
H
H C
H
C
H
H
H C C O
H Br H O C C H
H
C H H
H C CH3CH CH CH2
H
H
H
H
repulsione
Chimica Organica e Laboratorio
repulsione minore
Dr Pierluca Galloni
2.
VOLUMINOSITA' DI RX
Br
CH3
H3C C CH2 C CH3
CH3
CH3
E2
H3C C CH2 C
CH3
CH3
CH2
CH3
86%
meno affollato
3.
VOLUMINOSITA' DEL GRUPPO USCENTE
CH3
+
CH3
H3C N CH3 OH
CH3 CH2 CH2 CH CH2 + H3C N CH3 + H2O
CH3 CH2 CH2 CH CH3
Δ
96%
difficilmente
accessibile
più facilmente
accessibile
L'ORIENTAMENTO DI TIPO HOFMANN SI OSSERVA SOLO NEL
MECCANISMO E2
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
R X
+
Nu:
con quale meccanismo?
SN1, E1
SN2, E2
?
C'è il Nu: forte?
1.
SI
NO
2.
o
SOLVENTE
POLARE PROTICO
(H2O, ROH, RCO2H)
BIMOLECOLARE
polare NON protico;
APOLARE
NESSUNA
REAZIONE
UNIMOLECOLARE
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
UNIMOLECOLARE
+
3.
C
SN1
BIMOLECOLARE
E1
Natura di R
R 1°, 2°
SN2 + E2
Chimica Organica e Laboratorio
R 3°
E2
Dr Pierluca Galloni
REAZIONI CON METALLI (alcalini e alcalino-terrosi)
gli alogenoalcani reagiscono con i metalli del gruppo 1 (Li) e del gruppo 2 (Mg)
I composti che contengono un legame C-metallo si chiamano composti
organometallici
Il Mg° ha due elettroni sul guscio di valenza, con i quali può formare legame
con il C
cedendo elettroni, il Mg si OSSIDA
R
..
X:
..
+
Mg°
δ-
R
δ+
Mg
+
.. :X:
..
alogenuro di alchilmagnesio
Il C è il polo negativo del dipolo
è un C NUCLEOFILO
I composti organometallici del magnesio (reattivi di Grignard)
si possono ottenere anche dagli alogenoalcheni e dagli
alogenuri aromatici
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
esempi:
CH3I
+
Mg
CH3MgI
ioduro di metilmagnesio
MgBr
Br
+
Cl +
Mg
Mg
bromuro di fenilmagnesio
MgCl
cloruro di vinilmagnesio
Il Li° ha un elettrone sul guscio di valenza; per formare legame con il C
servono DUE elettroni e quindi DUE atomi di Li°
Li°, cedendo l'elettrone, si ossida a Li+
R
..
X:
..
δ-
+ 2 Li°
R
δ+
Li
+ Li+Br-
alchillitio
esempio:
CH3CH2CH2CH2Li
CH2CH2CH2CH2Br + 2 Li
LiBr
Chimica Organica e Laboratorio
butillitio
Dr Pierluca Galloni
I composti litioorganici reagiscono con alogenuri di rame(I) dando composti
organometallici del rame, che si chiamano cuprati.
2 R
Li
[R2Cu]-Li+ +
+ CuI
LiI
dialchilcuprato
esempio:
[(CH3)2Cu]Li
2 CH3Li + CuI
LiI
dimetilcuprato di litio
Il C dei composti organometallici, carico negativamente, è FORTEMENTE
basico e reagisce con gli H acidi
R MgX
+ H OH
R H
+
XMgOH
R Li
+ H OH
R H
+
LiOH
I gruppi funzionali contenenti un H sufficientemente acido
(O H , N
H,
C C H)
sono incompatibili con i composti organometallici, perché sono
abbastanza acidi per reagire con essi
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
ALCOOLI
..
R-O-H
..
C H
BASE
alcossido
H C O-
a
C H
c
b
C H
ACIDO
..
C H
H C O
.. H
d
b
C
b,c
C H
a,d
ossidazione
Chimica Organica e Laboratorio
C X
H
H C O+
H
a
H
C
H
alcheni
C
O
aldeidi e chetoni
Dr Pierluca Galloni
Rottura del legame C-O
SOSTITUZIONE NUCLEOFILA
CH3 CH2
CH3 CH2 Br + H2O
OH + HBr
+
CH3 CH2 OH2 Br
ELIMINAZIONE
H
H2SO4
CH2 CH2 OH
Δ
CH2
CH2 + H2O
-OH è un cattivo gruppo uscente: può essere trasformato in un buon
gruppo uscente per protonazione
reazioni in ambiente acido
..
+
+
H
R OH
..
H
R O+
H
Nu:-
R Nu + H2O
buon gruppo
uscente
Chimica Organica e Laboratorio
Nu:- = I-, Br-, Cl-, FDr Pierluca Galloni
esempi:
CH3CH2CH2OH + HBr
(CH3)2CHOH + HI
(CH3)3COH + HCl
CH3CH2CH2Br + H2O
(CH3)2CH-I + H2O
(CH3)3C-Cl + H2O
A parità di alcool, la reattività dipende dalla forza dell'acido
HF
HCl
HBr
HI
pKa
3.2
-7
-9
-9.5
forza acida crescente
reattività crescente verso gli alcooli
A parità di acido, la reattività dipende dal tipo dell'alcool
metile < primario < secondario < terziario
reattività crescente degli alcooli con HX
Su questa diversa reattività si basa il saggio di riconoscimento degli alcooli
(saggio di Lucas)
alcool terziario
Chimica Organica e Laboratorio
(CH3)3C-OH + HCl
25°C
(CH3)3C-Cl + H2O
Dr Pierluca Galloni
alcool secondario
alcool terziario
(CH3)2CH-OH + HCl
ZnCl2
(CH3)2CH-Cl + H2O
ZnCl2
CH3CH2CH2-Cl + H2O
Δ
Il cloruro che si forma è immiscibile con la fase acquosa e si deposita
sul fondo (ha densità maggiore dell'acqua).
CH3CH2CH2-OH + HCl
Con H2SO4
stesso ordine di reattività
terziario
secondario
terziario
(CH3)3C-OH
(CH3)2CH-OH
CH3CH2-OH
Chimica Organica e Laboratorio
H2SO4
60°C
H2SO4
100°C
H2SO4
180°C
H3 C
C CH2 + H2O
H 3C
H3C CH CH2 + H2O
CH2 CH2 + H2O
Dr Pierluca Galloni
Con H2SO4 si riesce ad isolare il prodotto di sostituzione solo a
temperatura molto bassa
+
R-CH2CH2-OH2 + HSO 4
R-CH2CH2-OH + H2SO4
H+, H2O
- H2O
nucleofilo debole
H2O
O
R CH2 CH2 O S OH
R CH2 CH CH2
H2SO4
O
ottimo gruppo uscente
Meccanismo:
+
OH2
OH
lento
+
veloce
CH3 CH CH3 + OH2
CH3 CH CH3
CH3 CH CH3 + H2SO4
H
+
CH3 CH
CH2
veloce
Chimica Organica e Laboratorio
H+
CH3 CH CH2
Dr Pierluca Galloni
Orientamento:
OH
H2SO4
CH3 CH
CH3 CH2 CH CH3
H2O
OH
CH2 CH CH3 H2SO4
CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2
prevalente
Saytzeff
CH CH CH3
H2O
unico prodotto
Come sempre, quando si formano carbocationi, c’è possibilità di trasposizione
H+
CH3 OH
CH3 C CH CH3
CH3
+
CH3 OH2
CH3 C CH CH3
CH3
Chimica Organica e Laboratorio
H2SO4
CH3
H3C
C
95°C
CH3
+
H3C
CH3 C CH CH3
H2O
CH3
C
CH3
H+
+
CH3 C
CH3
CH3
CH CH3
Dr Pierluca Galloni
Se con H2SO4 si trattano 1,2-dioli:
H+
OH OH
CH3 C
CH3 O
CH3 C
C CH3
C CH3
+ H2O
CH3
CH3 CH3
2,3-dimetil-2,3-butandiolo (pinacolo)
3,3-dimetilbutanone (pinacolone)
TRASPOSIZIONE PINACOLICA
H+
OH OH
CH3 C
C CH3
CH3 CH3
CH3
CH3 C
: OH
C+ CH3
CH3
Chimica Organica e Laboratorio
+
OH2 OH
CH3 C
+
C CH3
CH3 CH3
CH3 C
- H+
CH3 OH
CH3 C
CH3
C
CH3
C CH3
CH3 CH3
H2O
+
OH
CH3 O
CH3 C
C
CH3
CH3
Dr Pierluca Galloni
Può migrare anche un H:
H+
OH OH
CH3 C
H
C CH3
H
H+
C CH3
H
H
CH3 C
H
CH3 CH2 C CH3
+ H2O
H
OH OH
CH3 C
O
+
OH2 OH
CH3 C
H
: OH
C CH3
+
+
C CH3
H
H
CH3 C
CH3 C
H
H2O
+
OH
- H+
C CH3
OH
C CH3
H
O
CH3 CH2 C CH3
H
Se i sostituenti del diolo sono diversi:
viene protonato l'OH più basico
migra il gruppo che lascia il carbocatione più stabile
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
MECCANISMO della SOSTITUZIONE degli alcooli in ambiente acido
SN1 o SN2 ?
Sostituzione di -OH2+
SN2
con metanolo ed alcooli primari
H+
CH3 CH2 OH
+
X
CH3 CH2 OH2
-
δX
δ+
OH2
CH2
X-CH2CH3
+ H2O
CH3
stato di transizione
SN1
con alcooli secondari e terziari
CH3
CH3 CH OH
H+
CH3
CH3
+
CH3 CH
CH3 CH OH2
H2O
Chimica Organica e Laboratorio
+
X
-
CH3
CH3 CH X
Dr Pierluca Galloni
La sostituzione dell'OH può avvenire anche in ambiente non acido
però…..
Il gruppo -OH può essere sostituito SOLO DOPO TRASFORMAZIONE
IN UN BUON GRUPPO USCENTE
Gli alcooli si possono trasformare in alogenuri alchilici usando cloruri di P e S
PCl3
tricloruro di fosforo
PCl5
SOCl2
pentacloruro di fosforo
cloruro di tionile
3 R-OH + PCl3
R-OH + PCl5
3 R-Cl + H3PO3
R-Cl + POCl3 + HCl
R-OH + SOCl2
R-Cl + SO2 + HCl
Questi composti trasformano l’OH in un buon gruppo uscente, che viene
sostituito con un meccanismo SN2 (e quindi gli alcooli terziari non reagiscono)
P e S hanno un buon gruppo uscente (Cl), che
viene sostituito dall’alcool (O nucleofilo)
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Con PCl5
R
..
O
.. H + Cl
PCl4
R
Cl-
.. +
O H
PCl4
HCl + R
O PCl4
buon gruppo uscente
buon gruppo uscente
R Cl +
Con SOCl2
O
R
..
O
.. H + Cl S Cl
R
Cl-
Cl
HOPCl4
.. +
O H
S
O
POCl3 + HCl
O
HCl + R O S Cl
buon gruppo uscente
buon gruppo uscente
R-Cl + SO2 + HCl
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Con PCl3
R
O H + Cl
PCl2
HCl + R
R Cl + HO
O PCl2
PCl2
buon gruppo uscente
R
O H + Cl
P Cl
HCl + R
O P Cl
R
Cl +
OH
OH
HO P Cl
OH
buon gruppo uscente
R
O H + Cl P OH
OH
HCl + R
O P OH
OH
R
Cl + HO P OH
OH
buon gruppo uscente
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
ANDAMENTO STEREOCHIMICO
Con PCl3
1.
CH3
H
C
CH3 H
Cl
OH
+
CH2 CH3
P
H
Cl
C
+
Cl
(S)-2-butanolo
CH3
- H+
O P
CH2 CH3
Cl
Cl
C
H
Cl
O P
CH2 CH3 Cl
clorofosfito di (S)-2-butile
Nessuno dei legami del C* è
stato interessato dalla reazione
CH3
2.
H
Cl
C
Cl
O
CH2 CH3
P
Cl
SN2
CH3
Cl
C
H
+
CH2 CH3
-OPCl
2
(R)-2-clorobutano
Inversione di configurazione
analogamente con PCl
Chimica Organica e Laboratorio5
Dr Pierluca Galloni
Con SOCl2
1.
L’andamento stereochimico dipende dalle condizioni di reazione
O
CH3
C
H
OH + Cl S
H
Cl
CH2 CH3
(S)-2-butanolo
CH3 H
O
C
S
O
+
Cl
CH2 CH3
- H+
CH3
H
C
O
O S Cl + HCl
CH2 CH3
clorosolfito di (S)-2-butile
In presenza di base (ammina terziaria):
R3NH+ +
R3N: + HCl
Cl
Nu-
O
CH3
2.
H
Cl
-
C
O
S
CH2 CH3
Cl
S N2
CH3
Cl
C
H + O
S
O + Cl-
CH2 CH3
(R)-2-clorobutano
Inversione di configurazione
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
In assenza di base, nel solvente poco polare (dietil etere) HCl è indissociato
manca il nucleofilo forte
gabbia del solvente
2.
H
CH3
C
O
O
S
Cl
CH2 CH3
S Ni
H
O
CH3
C+
Cl
-
CH2 CH3
coppia ionica
+
S O
CH3
H
C
Cl
CH2 CH3
(S)-2-clorobutano
SNi: il nucleofilo entra dalla stessa parte: “ritenzione” della configurazione
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
ALTRE REAZIONI DEGLI ALCOOLI
ALCOOLI COME ACIDI
CH3 OH + H2O
CH3 O -
+ H3O +
CH3 OH + OH
CH3 O
+ H2O
Per avere formazione completa di alcossido:
CH3 O H
CH3 O - Na+
Chimica Organica e Laboratorio
+ Na°
+ 1/2 H2
Dr Pierluca Galloni
REAZIONI CON GLI ACIDI
Formazione di esteri
a) Acidi carbossilici
O
O
CH3 C
OH + H
O CH2 CH3
O CH2 CH3 + H2O
O
O
C
CH3 C
OH + H
O CH2 CH3
C
O CH2 CH3 + H2O
b) Acidi inorganici
CH2 O
CH
O
CH2 O
HO
NO2
CH2 O NO2
H + HO
NO2
CH O NO2 + 3 H2O
H
NO2
CH2 O NO2
H
Chimica Organica e Laboratorio
HO
Dr Pierluca Galloni
Meccanismo:
1. formazione di NO2+
HO
+
H2O
+
H2O NO2 +
NO2
-O
+
2. reazione di NO2+
H
H
+
+ NO
2
+
CH3 O
nitrato di metile
CH3 O
O
H + HO S O CH3
S OH + H2O
O
solfato acido di metile
O
CH3 O
O
S O CH3 + H2O
O solfato dimetilico
ROSO2OH + ROSO2OR + H2O
0°C
ROH + H2SO4
CH3 O NO2
O
H + HO S OH
O
- H+
CH3 O NO2
O
CH3 O
(reazione acido-base)
ione NITRONIO (elettrofilo)
H2O + NO2
NO2
CH3 O
..:
NO2
Δ
Chimica Organica e Laboratorio
alcheni + H2O
Dr Pierluca Galloni
c) Acidi solfonici
O
O
R
O
H
+ HO S
R O S
CH3
H2O
O
acido p-toluensolfonico
CH3
O
p-toluensolfonato di R
(tosilato)
Per avere completamente il solfonato, l’alcool si fa reagire con il cloruro di p-metil
benzensolfonile
O
O
R
H + Cl
O
S
R O S
CH3
O
O
CH3
O
HCl
tosilato di R
S
O
CH3
Ts
Formare il tosilato è un altro modo di trasformare l’OH in un buon gruppo uscente
Cl
CH3
+ CH2 O Ts
..
CH3OH +
S N2
CH2 O Ts
CH3
Chimica Organica e Laboratorio
Cl
S N2
CH2 CH3 +
-
O Ts
H
CH3 O CH2 CH3 + O Ts
+
CH3
O CH2 CH3
- H+
Dr Pierluca Galloni
REAZIONI DI OSSIDAZIONE
Ossidazione biologica dell'etanolo
O
CH3 CH2 OH
O
CH3 C H
O
[O]
CH3 C
O-
HSCoA
alcool deidrogenasi
O
CH3 C
trigliceridi, ecc.
SCoA
CO2 + H2O
acetilcoenzima A
Ossidazione chimica
alcool 1o
RCH2OH
R2CHOH
[- 2H]
R3COH
R C
R C OH
R
X
alcool 3o
KMnO4, OHHNO3 conc.
Chimica Organica e Laboratorio
O
[O]
R C H
O
[- 2H]
alcool 2o
ossidanti tipici
O
[- 2H]
CH3 C H
[O]
X
H2CrO4
Na2CrO4 + H+
K2Cr2O7 + H+
Dr Pierluca Galloni
ATTENZIONE!
Gli alcooli terziari non vengono ossidati; però alcuni
ossidanti sono acidi e come tali possono reagire con
gli alcooli terziari
OH-
NESSUNA REAZIONE
R3COH + [O]
H+
prodotti di ossidazione dell'alchene
alchene
Meccanismo (semplificato)
..
R2CHOH
+ HCrO4-
- H2O
H
R
R
C
O
O
Cr
HO
O
O
R C R + Cr O
O
O
Cr(VI)
ESEMPI
KMnO4, H2O, tampone basico
-
Cr(IV)
CH3
CH
CH3
OH
C
O
72%
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
O
HNO3
Br (CH2)5 CH2 OH
Br (CH2)5 C
OH
75%
Per ossidare gli alcooli primari ad aldeide è necessario usare reagenti
speciali, particolarmente blandi (mild) in condizioni controllate.
Reattivo di Jones
K2Cr2O7, H2SO4 diluito, (CH3)2C=O
O
RCH2OH
eccesso di reattivo
R C OH
R C H
Reattivo di Collins
O
CrO3 . 2
N
O
CH3 (CH2)5CH2 OH
Chimica Organica e Laboratorio
CH3 (CH2)5 C H
Dr Pierluca Galloni
. CrO . HCl
clorocromato di piridinio (PCC)
3
N
O
OH
H
87%
2-etilesanale
2-etil-1-esanolo
Ossidazione dei DIOLI
reagente caratteristico
scissione
R CH OH
R CH OH
HIO4
O
R
acido periodico
O
C H + H C
R + HIO3
perché la reazione avvenga è necessario che i due -OH siano su C adiacenti
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
La scissione del legame C-C avviene anche se sono adiacenti un -OH
ed un C=O
O OH
R C
CH R
HIO4
O
O
R
C OH
+
H C
R + HIO3
La scissione del legame C-C non avviene se sono adiacenti un -OH ed
una funzione -OR
OH
OH
HIO4
nessuna reazione
R CH CH2 CH R
O
R C
OH
HIO4
CH2 CH R
OH OCH3
R CH CH R
HIO4
nessuna reazione
nessuna reazione
Se ci sono più di due -OH su C adiacenti, TUTTI i legami C-C si rompono
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
OH
CH2
OH OH O
CH CH C H
HIO4
O
O
H
C H
+ 3 H
C OH
Meccanismo:
R
R C
R C
R
OH
..
OH
I
O
OH
..
R C
O
O
OH
O
I
O
R C
H2O
R
O
O
R
R
R
C O
R
Chimica Organica e Laboratorio
+
C O
+
HIO3
R
Dr Pierluca Galloni
ETERI
..
POCO REATTIVI
USATI SPESSO COME SOLVENTI
R-O-R'
..
O
Fra gli eteri, quelli più usati come
solvente, oltre al dietil etere, sono
quelli ciclici
O
O
ossaciclopentano
(tetraidrofurano)
1,4-diossacicloesano
(diossano)
Danno reazione solo con HI, a caldo
..
R O
.. R' + HI
..+
R O R'
+
Δ
I
R OH + R'I + R' OH + RI
H
reazione acido-base
esempio:
sostituzione nucleofila
CH3CH2OCH2CH2CH2CH3 +
Chimica Organica e Laboratorio
HI
Δ
CH3CH2OH + I-CH2CH2CH2CH3 +
CH3CH2-I + HOCH2CH2CH2CH3
Dr Pierluca Galloni
se c'è un eccesso di HI e si lascia il tempo, anche gli alcooli reagiscono con HI
CH3CH2OH + CH3CH2CH2CH2OH
però
O CH3
+
HI
HI
Δ
CH2CH2I + CH3CH2CH2CH2I
+ CH2=CH2 + CH2=CHCH2CH3
OH
+
CH3I
Viene attaccato da I- SOLO il C sp3
+
O CH3
O CH3
-
ecc.
legame C(aromatico-O più
forte di C(alifatico)-O
Gli eteri ciclici con anelli tesi sono più reattivi perché, con l'apertura
dell'anello, hanno sollievo dalla tensione d'anello
OSSACICLOBUTANI
reagiscono anche con HBr, a caldo
APERTURA DELL'ANELLO
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Δ
O
HOCH2CH2CH2Br
HBr
H
meccanismo:
O HBr
OSSACICLOPROPANI
CH2
esempio:
O
CH2
CH2
+
-:SCH
O-
Chimica Organica e Laboratorio
H+
CH2 CH2 Nu
O-
3
APERTURA DELL'ANELLO
SN2
Nu:-
CH2 +
Br-
MOLTO REATTIVI
a) con NUCLEOFILI FORTI
O
O
+
CH2 CH2 SCH3
H+
O H
CH2 CH2 Nu
HO CH2 CH2 SCH3
Dr Pierluca Galloni
Se l'ossaciclopropano è sostituito, la reazione ha un orientamento dovuto al
meccanismo (SN2)
REGIOSPECIFICITA'
Di due "regioni" del substrato possibili e simili
una sola viene attaccata
REGIOSELETTIVITA'
Di due "regioni" del substrato possibili e simili
una viene attaccata di preferenza
S
O
H C
H
C
H
CH3
-OCH
3
CH3OH
H
H
O H
C
H3C O
C
H
CH3
S
Reazione regiospecifica; reazione stereospecifica
SN2: più reattivo C
meno sostituito
Chimica Organica e Laboratorio
SN2: attacco di Nu da parte
opposta al gruppo uscente
Dr Pierluca Galloni
b) in assenza di NUCLEOFILI FORTI
Bisogna rendere -O- un miglior gruppo uscente
apertura dell'anello acido-catalizzata
..
O
..
H 2C
H
O+
H+
H 2C
CH2
..
H O:
CH2
OH
H 2C
..
H OCH
..
3
H2C CH2
CH2
+
O
..
H
CH3
O CH3
H+
Il processo è SN1, ma non si forma un vero carbocatione, per l'interazione
con il doppietto elettronico dell'ossigeno
S
O
H C
H
H
O
H+
C
H
CH3
H C
H
δ+
+
C
δ+
H
CH3
H
H
C
H
H
O
O δ+
C
parziale
carbocatione
primario
Chimica Organica e Laboratorio
H
H C
CH3 H
δ+
C
H
CH3
parziale carbocatione
secondario
(se ne forma di più)
Dr Pierluca Galloni
H
δ+
O
δ+
H C
H
S
H
O
C
H
H C
CH3 H
..
H O
CH3
δ+
H
δ+
C
R
H
CH3
H
H+
OH
C
H3C O
C
HO
H + H C
CH3
H
prodotto principale
H
CH3
C
O CH3
prodotto secondario
Reazione regioselettiva; reazione stereospecifica
Si forma più (ma non solo)
“parziale” carbocatione
secondario
attacco di Nu da parte
opposta al gruppo uscente
POLIETERI CICLICI (ETERI CORONA)
O
O
O
O
O
O
18-Corona-6
18-Crown-6
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
O
O
O
+
K
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
12-Crown-4
15-Crown-5
O HN
O
O
O
NH
HN
O
O
NH
HN
O
NH O
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
O
n+
O
N
N
O
O
O
O
CRIPTANDO
Chimica Organica e Laboratorio
O
n+
+
O
N
catione
N
O
O
O
O
complesso CRIPTATO
Dr Pierluca Galloni
AMMINE
atomo basico, atomo nucleofilo
N:
cattivo gruppo uscente, anche in seguito a
protonazione
RNH2 + H+
R
+
NH3
NESSUNA REAZIONE
1. N come atomo basico o nucleofilo
con acidi
con O come elettrofilo
(CH3)3N
H2O2
+
RNH2 + H+
R
NH3
SOLO con ammine terziarie
(CH3)3N O -
H2O
Chimica Organica e Laboratorio
+
CH3
H O
CH ..
CH3 2 2
N
H2O
CH3
CH3
CH CH3
+N O 98%
CH3
Dr Pierluca Galloni
O
invece di H2O2 si possono usare peracidi
R C
O
O O
R C
H
:N
R C
O
+
OH
O OH
-O
+
N
con alogenuri alchilici
La reazione dà miscele di prodotti, perché anche il prodotto della sostituzione
è nucleofilo
R
R
..
NH2 + CH3 CH2 Br
..
NH + CH3 CH2 Br
+
R NH CH2 CH3
R NH2 CH2 CH3 + Br+ HBr
CH2 CH3
+
R NH
R N CH2 CH3 + HBr
BrCH2 CH3
CH2 CH3
R
..
N CH2 CH3 + CH3 CH2 Br
CH2 CH3
CH2 CH3
R
+
CH2 CH3
N CH2 CH3
Br-
CH2 CH3
Quando l’alchilazione dell’ammina si esegue fino al sale di ammonio si parla di
METILAZIONE ESAURIENTE
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
con acido nitroso
HNO2
La reazione con HNO2 è la reazione più caratteristica delle ammine, che
permette di distinguere tra ammine primarie, secondarie e terziarie.
Fatti sperimentali:
HNO2
H+
ammine primarie RNH2
ammine secondarie R2NH
ammine terziarie
R3N
alcooli, alcheni, N2
HNO2
H+
R2N-NO
nitrosammina
HNO2
H+
sviluppo di gas
precipitato giallo
NESSUNA REAZIONE
L'acido nitroso si genera in situ
NaNO2 + HCl
Chimica Organica e Laboratorio
HNO2 + NaCl
Dr Pierluca Galloni
MECCANISMO
H
+
HO NO + H
+O
H2O +
NO
H
catione
nitrosonio
ammine primarie
..
R NH2 + +NO
E+
+NO
alcool
H2O
+
R
R NH2 NO
+
N
R+
N
alchene
N2
H2O
H+
i sali di diazonio si possono isolare solo con le ammine aromatiche
NH2
+
N
NaNO2
N
isolabile
H+
0°-5°C
+
N
N
+
N
+
Chimica Organica e Laboratorio
N
+
-
N
N
-
+
+
N
N
-
+
N
N
+
Dr Pierluca Galloni
ammine secondarie
..
R NH + +NO
R
H
+
R N NO
R
R
N NO
R
H+
ammine terziarie
R
R
R N:
+ +NO
R N
+
NO
R
R
i sali di ammonio quaternari possono essere usati come
catalizzatori di trasferimento di fase
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 Cl + Na+ C N
solubile in solvente idrocarburico
(solvente non polare)
Chimica Organica e Laboratorio
NESSUNA REAZIONE
(neanche a caldo)
solubile in acqua
Dr Pierluca Galloni
se R contiene almeno 4 atomi di C, è solubile sia in
acqua (per l'N positivo) che in solventi non polari (per R)
R4N+
R4N+ Cl- + Na+ C N
R4N+ -C N +
Na+ Cl-
porta in fase organica il reagente nucleofilo
R4N+ -C N
+
R' Cl
+ R4N+ C N + Na Cl
+
R3NChimica Organica e Laboratorio
R4N+ Cl-
+
R4N+ Cl- +
R' C N
Na+ -C N
pessimo gruppo uscente
Dr Pierluca Galloni
i sali di ammonio quaternario reagiscono con -OH solo a temperatura elevata e
danno SOLO eliminazione (orientamento di Hofmann)
Fa eccezione il sale di tetrametilammonio, perché non può dare β-eliminazione
(CH3)4N+ X-
-OH
Δ
CH3OH + (CH3)3N + X-
meccanismo:
HO:-
H3C N(CH3)3
δ-
H
δ+
HO ----C----N(CH3)3
H H
=/
HO CH3 + N(CH3)3
il tetrametilammonio non ha H in β
β
β
150°C
CH3 CH CH2 CH3 OH
+ N(CH3)3
AgOH
CH3 CH CH CH3 + CH2 CH CH2 CH3
95%
5%
AgBr
CH3 CH CH2 CH3
+ N(CH )
3 3
Br-
Chimica Organica e Laboratorio
L’orientamento di Hofmann NON si ha se il
sale ditetraalchilammonio si fa reagire in
condizioni di E1.
Dr Pierluca Galloni
Metilazione esauriente - Degradazione di Hofmann
Reazione utilizzata per la determinazione della struttura di ammine
Esempi:
..
CH3 CH2 CH2 N H
H
+
CH3 CH2 CH2 N CH3 I-
+
CH3 CH2 CH2 N CH3 I-
AgOH
AgI
CH3
metilazione esauriente
CH3
2 HI
CH3
Δ
CH3
3 CH3I
β
CH3
+
CH3 CH CH2 N CH3 HO:H
CH3
β-eliminazione
CH3
CH3 CH CH2 + : N CH3 + H O
2
CH3
Chimica Organica e Laboratorio
Dr Pierluca Galloni
2 CH3I
I-
+
N
H
βH
H
HO-
HI
H3C
+
H3C
CH3
+
H3C CH CH3
3
Chimica Organica e Laboratorio
+
CH3
AgOH
I-
+
N
N
CH3
Hβ
H
N
H3C
CH3
CH3I
H2C
N
N
AgI
H
HO:-
+
N
Δ
H3C
AgOH
Δ
-OH
H3C CH CH3
3
AgI
HO-
N
H3C CH CH3
3
..
N
+ H2O
+
H3C CH CH3
3
Dr Pierluca Galloni
1) CH3I
N
-OH
Δ
+N
2) AgOH
N
CH3
CH3
1) CH3I
2) AgOH
H3C
1) CH3I
-OH
N
H3C + CH3
Δ
N
H3C
CH3
CH3
Δ
N
+ CH3
2) AgOH
Chimica Organica e Laboratorio
-OH
CH3
+
H3C
N
CH3
+ H2O
Dr Pierluca Galloni
O
N
H3 C
OH
Na, CH3CH2OH
H2SO4
N
H3C
84%
composto naturale estratto
dalla corteccia del melograno
H3C
CH3I
H3 C
H3C
Ag2O/H2O
Δ
H3C
CH3
N
CH3
CH3I
H3C
Br
N
+ N CH
I- CH 3
3
(CH3)2N
HBr
68% (per i due
N(CH
passaggi)
Ag2O/H2O
CH3
94,5%
CH3
non isolato
H3C I-
I-
90%
H
H 3C +
H3C N
Chimica Organica e Laboratorio
3
CH3I
72%
97,5%
N
Br
Br2
84%
H3C CH3
HC N+
CH3
Δ
96%
N
H2O
Ag2O/H2O
I-
N+
H 3C
)
3 2
10-20%
Δ
+ 2 (CH3)2N + 2 H2O + 2 AgI
Resa complessiva: 3%
Dr Pierluca Galloni
Gli N-ossidi delle ammine terziarie danno β-eliminazione
Eliminazione di Cope
-O
N(CH3)2
R CH2CH R'
[O]
+
N(CH3)2
R CH2CH R'
([O] = reagente ossidante, per esempio H2O2)
meccanismo:
- ..
:..
O +
N(CH3)2
H
R C
H
C
H
R'
reazione stereospecifica
Chimica Organica e Laboratorio
δ-
H
O
=/
δ+
N(CH3)2
R C ------ C
H
H
R
R'
C
R'
H
C
+ HO-N(CH3)3
H
eliminazione sin
Dr Pierluca Galloni