Fondamenti di chimica organica
Janice Gorzynski Smith
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Soluzioni ai problemi proposti nel libro Capitolo 9
9.1
• Gli alcoli sono classificati come 1°, 2° or 3°, dipendentemente dal numero degli atomi di
carbonio legati al carbonio con il gruppo OH.
• Gli eteri simmetrici hanno due gruppi R identici, e gli eteri asimmetrici hanno gruppi R che
sono diversi.
OH
OH
1° alcohol
CH3
O
symmetrical ether
2° alcohol
OH
CH3
OH
3° alcohol
O
unsymmetrical ether
O
unsymmetrical ether
1° alcohol
9.2 Per dare il nome all’alcol:
[1] Individuare la catena più lunga che porta il gruppo OH come sostituente. Assegnare il
nome alla molecola come derivato di quel numero di carboni cambiando il suffisso –e
dell’alcano con il suffisso –ol.
[2] Numerare la catena carboniosa assegnando al carbonio con il gruppo OH il numero più
basso. Quando il gruppo OH è legato ad un ciclo, l’anello viene numerato cominciando dal
carbonio con il gruppo OH, e il numero “1” viene generalmente omesso.
[3] Applicare le altre regole di nomenclatura per completare il nome.
1
OH
a. [1]
[2]
OH
[3] 3,3-dimethyl-1-pentanol
5 carbons = pentanol
3,3-dimethyl
b.
(CH3CH2)2CHCH(OH)CH2CH3
redraw
H
[1]
H
H
CH3CH2 C C CH2CH3
CH3CH2 OH
[2] CH3CH2 C
CH3
3
C CH2CH3
[3] 4-ethyl-3-hexanol
CH3CH2 OH
6 carbons = hexanol
[1]
H
4-ethyl
CH3
[2]
2-methyl
[3] cis-2-methylcyclohexanol
c.
OH
OH
1
6 carbon ring = cyclohexanol
d. [1]
OH
9 carbons = nonanol
[2]
6-methyl
3
OH
5-ethyl
[3] 5-ethyl-6-methyl-3-nonanol
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9.3 Per scrivere il nome dalla struttura:
[1] Trovare il nome della catena più lunga e disegnare la struttura.
[2] Aggiungere i sostituenti alla catena principale.
OH
7
3
2
c. 2-tert-butyl-3-methylcyclohexanol
a. 7,7-dimethyl-4-octanol
4
OH
1
5
b. 5-methyl-4-propyl-3-heptanol
3
OH
OH
OH
d. trans-1,2-cyclohexanediol
or
OH
OH
9.4 Per assegnare il nome ad eteri semplici:
[1] Assegnare il nome ad entrambi i gruppi alchilici legati all’ossigeno.
[2] Ordinare questi nomi in ordine alfabetico e poi aggiungere la parola etere. Per eteri simmetrici,
assegnare il nome al gruppo alchilico ed aggiungere il prefisso di.
Per assegnare il nome agli eteri con il sistema IUPAC:
[1] Individuare i due gruppi alchilici legati all’ossigeno dell’etere. La catena più corta diventa il
sostituente, nominato come gruppo alcossi.
[2] Numerare la catena per assegnare il numero più basso al primo sostituente.
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IUPAC name:
a. common name:
CH3
CH3
O CH2CH2CH2CH3
butyl methyl ether
1-methoxybutane
IUPAC name:
b. common name:
OCH3
OCH3
methyl
cyclohexyl methyl ether
c. common name:
propyl
substituent methoxy
larger group - 6 C's
cyclohexane
cyclohexyl
CH3CH2CH2
larger group - 4 C's
butane
substituent:
methoxy
butyl
methyl
O CH2CH2CH2CH3
methoxycyclohexane
IUPAC name:
O CH2CH2CH3
CH3CH2CH2
propyl
O CH2CH2CH3
propoxy
dipropyl ether
propane
1-propoxypropane
9.5 Tre modi di assegnare il nome agli epossidi:
[1] Gli epossidi sono nominati come derivati dell’ossirano, l’epossido più semplice.
[2] Gli epossidi possono essere nominati considerando l’ossigeno un sostituente chiamato gruppo
epossi, legato ad una catena idrocarburica. Usare due numeri per indicare a quali atomi
l’ossigeno è legato.
[3] Gli epossidi possono essere nominati come alchene ossidi rimpiazzando mentalmente
l’ossigeno epossidico con un doppio legame. Assegnare il nome all’alchene (Capitolo 10) ed
aggiungere la parola ossido.
1
O
a.
CH3
Three possibilities:
[1] methyloxirane
[2] 1,2-epoxypropane
[3] propene oxide
CH3
b.
9.6 Usare i suggerimenti della risposta 9.2.
O
2
1-methyl
epoxy group
One possibility:
6 carbons = cyclohexane
1,2-epoxy-1-methylcyclohexane
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a.
(CH3)2CHCH2CH2CH2OH
[1]
[2]
H
CH3
C CH2CH2CH2OH
H
CH3
1
CH3
[3]
4-ethyl-6-methyl-3-heptanol
[3]
4-ethyl-5-methyl-3-octanol
[3]
cis-1,4-cyclohexanediol
[3]
3,3-dimethylcyclohexanol
[3]
(2R,3R)-2,3-butanediol
[3]
5-methyl-2,3,4-heptanetriol
[3]
3-isopropylcyclopentanol
4-methyl
5 carbons = pentanol
(CH3)2CHCH2CH(CH2CH3)CH(OH)CH2CH3
[1]
H
CH3
[2]
H OH
C CH2 C CH
CH2CH3
H
CH3
CH2CH3
CH3
c.
[1]
C CH2 C CH
6-methyl
4-ethyl
5-methyl
[2]
OH
8 carbons = octanol
HO
OH
[1]
[2]
1
HO
OH
cis
[2]
HO
HO
6 carbons = cyclohexanol
[1]
HO H
4-ethyl
3
4
cyclohexanediol
e.
CH2CH3
CH2CH3
OH
d.
[1]
3
H OH
CH3
7 carbons = heptanol
f.
4-methyl-1-pentanol
C CH2CH2CH2OH
CH3
b.
[3]
3,3-dimethyl
[2]
HO H
3
2
HO H
HO H
2R, 3R
4 carbons = butanediol
g.
[2]
OH
OH
[1]
4 3 2
OH
h.
OH
OH
7 carbons = heptanetriol
[1]
5-methyl
[2]
HO
CH(CH3)2
OH
1
HO
CH(CH3)2
5 carbons = cyclopentanol
3-isopropyl
9.7 Usare le regole delle risposte 9.4 e 9.5.
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a.
d.
O
O
1,2-epoxy-2-methylhexane
or 1-butyl-1-methyloxirane
or 2-methylhexene oxide
common name: dicyclohexyl ether
4,4-dimethyl
b.
CH2CH3
e.
OCH2CH2CH3
longest chain =
heptane
substituent =
3-propoxy
IUPAC name: 4,4-dimethyl-3-propoxyheptane
c.
epoxy
O
2
5 carbons =
cyclopentane
IUPAC name: 1,2-epoxy-1-ethylcyclopentane
CH3
O
f.
common name: ethyl isobutyl ether
CH3
CH3
C O C CH3
CH3
CH3
IUPAC name: 1-ethoxy-2-methylpropane
tert-butyl tert-butyl
common name: di-tert-butyl ether
9.8 Usare i suggerimenti della risposta 9.3.
a. 4-ethyl-3-heptanol
3
1
e. 3-chloro-1,2-propanediol
4
HO
2
Cl
OH
OH
1
OH
b. trans-2-methylcyclohexanol
OH
f. diisobutyl ether
O
or
CH3
HO
CH3 g. 1,2-epoxy-1,3,3-trimethylcyclohexane
1
3
O
c. 2,3,3-trimethyl-2-butanol
3
2
d. 6-sec-butyl-7,7-diethyl-4-decanol
h. 1-ethoxy-3-ethylheptane
OH
4
9.9
3
6
7
O 1
3
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Eight constitutional isomers of molecular formula C5H12O containing an OH group:
OH 1-pentanol
1 OH 3-methyl-1-butanol
3
1 OH 2-methyl-1-butanol
OH
2-pentanol
OH
2 1
2,2-dimethyl-1-propanol
2-methyl-2-butanol
2
OH
3-methyl-2-butanol
OH
OH
3-pentanol
2
9.10 Due regole per i punti di ebollizione:
[1] Più intense le forze più alto il p.e.
[2] Il p.e. aumenta all’aumentare dei legami idrogeno. Per gli alcoli con lo stesso numero di
atomi di carbonio: legami idrogeno e p.e. aumentano: 3° ROH < 2° ROH < 1° ROH.
OH
CH3
CH3
a.
OH
b.
O
OH
OH
VDW
lowest bp
VDW
DD
intermediate bp
VDW
DD
hydrogen
bonding
highest bp
3° ROH
lowest bp
2° ROH
intermediate bp
1° ROH
highest bp
9.11 Disegnare il dimetil etere e l’etanolo ed analizzare le loro forze intermolecolari per spiegare la
tendenza osservata.
dimethyl ether
CH3
O
CH3
VDW
DD
no HB
much lower bp
9.12
ethanol
CH3CH2OH
VDW
DD
HB
Two molecules of CH3CH2OH
can hydrogen bond to each other.
stronger forces =
much higher bp
Both molecules contain an O atom
and can hydrogen bond with water. They
have fewer than 5 C's and are
therefore water soluble.
H
H
O
H
CH3
O
Usare le regole dei punti di ebollizione della risposta 9.10.
O
H
CH3
CH3CH2
O
H
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CH3CH2OCH3
(CH3)2CHOH
CH3CH2CH2OH
ether
no hydrogen bonding
lowest bp
2° alcohol
hydrogen bonding
intermediate bp
1° alcohol
hydrogen bonding
highest bp
a.
b.
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
no OH group
lowest water solubility
CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH
HOCH2CH2CH2CH2CH2CH2OH
one OH group
intermediate water solubility
two OH groups
highest water solubility
9.13 Disegnare i prodotti della sostituzione nella seguente reazione sostituendo l’ –OH o –OR al posto di
X nei prodotti di partenza.
a. CH3CH2CH2CH2 Br
+ OH
b.
+
Cl
c.
CH2CH2–I +
Br
d.
+
OH +
CH3CH2CH2CH2
OCH3
OCH3
Br
+
alcohol
unsymmetrical ether
Cl
OCH(CH3)2
CH2CH2–OCH(CH3)2
OCH2CH3
OCH2CH3
+
+
Br
I
unsymmetrical ether
unsymmetrical ether
9.14 NaH e NaNH2 sono basi forti che possono rimuovere un protone da un alcol, creando
un nucleofilo.
CH3CH2CH2 O− Na+ + H2
a. CH3CH2CH2 O H + Na+ H−
CH3
b.
C O H
CH3
+−
+ Na NH2
C O
H
Na+ + NH3
+
H
c.
O
H
Na+ H−
O
O
d.
O
Br
H
Na+ H−
+ Na+ + H2
CH3CH2CH2–Br
CH2CH2CH3 + Br–
O
+ Na+ + H2
O
+ Br–
Br
C6H10O
9.15 Solo gli acidi che hanno pKa inferiore a –2 sono abbastanza forti per protonare un alcol.
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a. HF (pKa = 3) = above −2; not strong enough
b. HClO4 (pKa = −10)
= below −2; strong enough to protonate an alcohol.
c. C6H5SO3H (pKa = −7)
= below −2; strong enough to protonate an alcohol.
d. CH3COOH (pKa = 5) = above −2; not strong enough
9.16 La disidratazione segue la regola di Zaitsev, così l’alchene più stabile, e più sostituito è il
prodotto maggioritario.
H
a.
CH3
C CH3
H2SO4
CH2 CH CH3
+ H2O
OH
CH3CH2
b.
TsOH
CH2
CH3
trisubstituted
major product
CH3
c.
OH
+ H2O
C CHCH3
OH
disubstituted
minor product
CH2
CH3
H2SO4
+ H2O
trisubstituted
disubstituted
major product minor product
9.17 La velocità della disidratazione aumenta all’aumentare del numero dei gruppi R.
a.
(CH3)2CHCH2CH2CH2OH
1° alcohol
slowest reaction
(CH3)2CHCH2CH(OH)CH3
(CH3)2C(OH)CH2CH2CH3
2° alcohol
intermediate
reactivity
3° alcohol
fastest reaction
CH3
OH
OH
b.
HO
1° alcohol
slowest reaction
CH3
2° alcohol
intermediate
reactivity
3° alcohol
fastest reaction
9.18 Ci sono tre stadi nel meccanismo E1 per la disidratazione degli alcoli, e tre stati di transizione.
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transition state [1]:
CH3
CH3
CH3
C CH3
δ+OH
CH3
δ+
C
CH3 δ+
C CH2
CH3
H
CH3
δ+OH
δ−
H
transition state [3]:
transition state [2]:
2
OSO3H
δ+ OH2
9.19
transition state [1]:
transition state [2]:
H
H
OSO3H
C
CH2
CH3CH2
C H
δ+OH
H
CH3
−
δ
H
OSO3H
δ−
OH2
δ+
9.20
a. CH3CH2CH2OH
b. CH3CH2CH2OH
c. CH3CH2CH2OH
H2SO4
NaH
HCl
CH3CH CH2
+ H2 O
CH3CH2CH2O Na+
CH3CH2CH2Cl
+ H2
+ H2O
ZnCl2
d. CH3CH2CH2OH
e. CH3CH2CH2OH
f. CH3CH2CH2OH
SOCl2
pyridine
PBr3
CH3CH2CH2Br + H2O
CH3CH2CH2Cl
CH3CH2CH2Br
g. CH3CH2CH2OH
TsCl
pyridine
CH3CH2CH2OTs
h. CH3CH2CH2OH
[1] NaH
CH3CH2CH2O Na+
i.
9.21
HBr
CH3CH2CH2OH
[1] TsCl
CH3CH2CH2OTs
[2] CH3CH2Br
[2] NaSH
CH3CH2CH2OCH2CH3
CH3CH2CH2SH
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a.
OH
NaH
b.
OH
NaCl
c.
OH
HBr
d.
OH
HCl
e.
OH
H2SO4
f.
OH
NaHCO3
Br
g.
OH
[1] NaH
Cl
h.
OH
POCl3
pyridine
O
Na+
+ H2
N.R.
+ H 2O
N.R.
O
[2] CH3CH2Br
O CH2CH3
9.22 La disidratazione segue la regola di Zaitsev, e l’alchene più stabile e più sostituito è il prodotto
maggioritario.
TsOH
a.
OH
tetrasubstituted
major product
b.
CH2CH3
OH
c.
OH
disubstituted
CH2CH3
CHCH3
TsOH
TsOH
trisubstituted disubstituted
major product
d.
CH3CH2CH2CH2OH
TsOH
CH3CH2CH CH2
OH
TsOH
e.
CH3CH2CH CHC(CH3)3
disubstituted
tetrasubstituted
major product
disubstituted
Two products formed
by carbocation rearrangement
9.23
L’alchene più stabile è il prodotto principale.
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OH
H2SO4
monosubstituted
trans and disubstituted
major product
cis and disubstituted
9.24 OTs è un buon gruppo uscente e sarà sostituito da un nucleofilo facilmente. Disegnare i prodotti
sostituendo il nucleofilo al posto dell’ OTs nel materiale di partenza.
a. CH3CH2CH2CH2
OTs
b. CH3CH2CH2CH2
OTs
c. CH3CH2CH2CH2
OTs
d. CH3CH2CH2CH2
OTs
CH3SH
SN2
NaOCH2CH3
SN2
NaOH
SN2
K+
CH3CH2CH2CH2
SCH3 + HOTs
CH3CH2CH2CH2
OCH2CH3
CH3CH2CH2CH2
OH
–
OC(CH3)3
+ Na+
+ Na+
–OTs
–OTs
+ –
CH3CH2CH CH2 + (CH3)3COH + K OTs
E2
9.25
CH3
a. CH3 C CH2CH3
CH3
HCl
CH3
C CH2CH3
OH
Br
HBr
Cl
OH
b.
OH
c.
+ H2O
HI
I
+ H2O
9.26
HBr
a.
+
Br
HO H
b.
OH
H D
HCl
ZnCl2
Cl
H D
HO H
pyridine
H Cl
TsCl
pyridine
d.
HO H
Configuration is maintained.
C–O bond is not broken.
H Br
1° Alcohol will undergo SN2.
inversion
SOCl2
c.
9.27
H
2° Alcohol will undergo SN1.
racemization
SOCl2 always implies SN2.
inversion
KI
TsO H
SN 2
inversion
H
I
+ H2O
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NaH
CH3I
A=
B=
O H
a.
TsCl
C=
pyridine
HO H
CH3O H
CH3O
TsO H
PBr3
D=
H OCH3
CH3O
E=
F=
CH3O H
H Br
b. B and D are enantiomers.
c. B and F are identical.
9.28 La disidratazione acido catalizzata segue un meccanismo E1 per ROH 2o e 3o con uno stadio
aggiuntivo per creare un buon gruppo uscente. I tre passaggi sono:
[1] Protonare l’ossigeno per creare un buon gruppo uscente.
[2] Rompere il legame C−O per formare un carbocatione.
[3] Rimuovere un idrogeno β per formare un legame π.
a.
OH
CH3 H OSO3H
+
overall
reaction
The steps:
CH3
CH3
CH2
+
+ H 2O
H
O H
CH3
H
H
+ HSO4
HSO4
CH3
H
CH3
+ H2 O
2° carbocation
and
H
CH3
1,2-H shift
+ H2SO4
+ HSO4
CH2
CH2
H
2° carbocation
+ H2SO4
3° carbocation
and
H
+ HSO4
CH3
CH3
+ H2SO4
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CH3
b.
CH3
H OSO3H
CH3
+ H 2O
overall
reaction
OH
CH3
The steps:
CH3
CH3
CH3
CH3 + H O
2
+ HSO4
+ H2SO4
CH3
H
O H
H
CH3
CH3
1,2-CH3 shift
2° carbocation
CH3
+ HSO4
3° carbocation
9.29 Per disegnare il meccanismo:
[1] Protonare l’ossigeno per ottenere un buon gruppo uscente.
[2] Rompere il legame C−O per formare un carbocatione.
[3] Controllare per un possibile riarrangiamento per rendere più stabile il carbocatione.
[4] Rimuovere un idrogeno β per formare il legame π.
I cerchi chiari e scuri vengono usati per mostrare dove i carboni del prodotto di partenza appaiono nel
prodotto finale.
OH
+ H2O
O H
H
H OSO3H
H
2o carbocation
+ HSO4–
–
+ HSO4
+ H2SO4
3o carbocation
9.30
OTs +
a.
1° tosylate
b. CH3CH2CH2 OTs
CN
SN2
CN
+
K+ −OC(CH3)3
E2
CH3CH
strong bulky
base
1° tosylate
H OTs
c. CH3
HS H
+
C
CH2CH2CH3
2° tosylate
+ OTs
strong
nucleophile
SH
strong
nucleophile SN2
(Substitution is
favored over
elimination.)
CH3
C
CH2 + K+ −OTs + HOC(CH3)3
SN2 product
(inversion of configuration)
CH2CH2CH3
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9.31
HO
H
Br
HBr
a.
H
H
S
HO
H
b.
2° alcohol
SN1 = racemization
R
H
PBr3
Br
PBr3 follows
SN2 = inversion
Br
R
HO
H
Cl
HCl
c.
H
H
HO
H
H
SOCl2
pyridine
2° alcohol
SN1 = racemization
R
S
d.
Cl
SOCl2 follows
SN2 = inversion
Cl
R
9.32 Le reazioni di sostituzione degli alcoli usando SOCl2 procedono attraverso un meccanismo SN2.
Di conseguenza,c’è inversione di configurazione al centro stereogenico.
H OH
SOCl2
Cl
H
pyridine
S
R
9.33
Reactions using SOCl2
proceed by an SN2 mechanism =
inversion of configuration.
Le reazioni di sostituzione degli alcoli usando PBr3 procede attraverso un meccanismo SN2. Di
conseguenza, c’è inversione di configurazione al centro stereogenico.
H OH
PBr3
Br
H
S
R
Reactions using PBr3
proceed by an SN2 mechanism =
inversion of configuration.
9.34 Stereochimica della conversione di ROH a RX per reagente:
[1] HX– con 1°, SN2, inversione di configurazione; con 2° e 3°, SN1, racemizzazione.
[2] SOCl2 – SN2, inversione di configurazione.
[3] PBr3 – SN2, inversione di configurazione.
OH
a.
SOCl2
c.
Cl
OH
PBr3
Br
pyridine
OH
HI
I
b.
3° alcohol, SN1 =
racemization
I
SN2 =
inversion
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9.35
OH
[1] HBr
3-methyl-2-butanol
1,2-H shift
H
Br
Br–
[2] –H2O
3° carbocation
2° carbocation
2-methyl-1-propanol
H
HBr
HO
The 1° alcohol reacts with HBr
by an SN2 mechanism.
no carbocation intermediate =
no rearrangement possible
Br
H2O
Br
H Br
The 2° alcohol reacts by
an SN1 mechanism to
form a carbocation
which rearranges.
SN 2
no carbocation
9.36 La conversione di un alcol 1° in un cloruro alchilico 1° avviene con un meccanismo SN2. Il
meccanismo SN2 ha luogo più facilmente in solventi polari aprotici, che rendono il nucleofilo più
forte. Non è necessaria l'aggiunta di ZnCl2.
HCl
R OH
R Cl
HMPA
polar aprotic solvent
This makes Cl− a better nucleophile.
9.37
H2SO4 , NaBr
CH3CH2CH2CH2OH
CH3CH2CH2CH2Br
overall reaction
CH3CH2CH CH2
CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3
Step [1] for all products: Formation a good leaving group
CH3CH2CH2CH2
H OSO3H
OH
CH3CH2CH2CH2 O H
+ HSO4
H
Formation of CH3CH2CH2CH2Br:
CH3CH2CH2CH2
O H
CH3CH2CH2CH2Br + H2O
H
Na+ Br–
Formation of CH3CH2CH=CH2:
CH3CH2CH CH2 O H
H
CH3CH2CH CH2
+ H2O
H
HSO4–
Ether forms (from the protonated alcohol):
CH3CH2CH2CH2
CH3CH2CH2CH2 O H
OH2
CH3CH2CH2CH2 O CH2CH2CH2CH3 + H2O
H
HSO4
CH3CH2CH2CH2 O CH2CH2CH2CH3
H2SO4
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9.38
TsCl
OH
C CCH2OR
OTs
pyridine
C CCH2OR
9.39
H
OTs
CH3CH2
a.
H
CH2CH 3
CH3CH2
H
H
H
2 anti H's
2 elimination products
This conformer reacts.
H
H
H
H
H
OTs
CH3CH2
axial OTs group
OTs
H
OTs
=
H
CH3CH2
H
H
H
H
H
H
=
=
elimination CH3CH2
–H, OTs
two axial β hydrogens
two possible products
CH2CH 3
disubstituted
major product
trisubstituted
H
OTs
H
CH3CH2
b.
=
H
CH2CH3
H
OTs
H
CH3CH2
H
TsO
H
axial OTs group
H
only 1 axial H
1 elimination product
This conformer reacts.
CH3CH2
only one β axial H
only one product
H
H
H
OTs
H
elimination
–H, OTs
CH3CH2
H
=
H
H
CH2CH 3
CH2CH3
only product
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9.40
OTs +
a.
CN
SN2
CN
1° tosylate
b. CH3CH2CH2 OTs
E2
K+ −OC(CH3)3
+
CH3CH
strong bulky
base
1° tosylate
H OTs
c. CH3
+ OTs
strong
nucleophile
CH2 + K+ −OTs + HOC(CH3)3
HS H
+
C
SH
SN2 product
(inversion of configuration)
C
strong
nucleophile SN2
CH2CH2CH3
2° tosylate
CH3
CH2CH2CH3
(Substitution is
favored over
elimination.)
9.41 Per sintetizzare un etere usando la sintesi degli eteri di Williamson:
[1] Prima trovare i due possibili alcossidi ed e gli alogenuri alchilici necessari per la sostituzione
nucleofila.
[2] Classificare gli alogenuri alchilici come 1°, 2°, or 3°. Il meccanismo favorito è quello che
prevede l’alchene meno ingombrato.
Two possibilities:
Two possibilities:
CH3
CH3 O
a.
CH3 O
b.
CH3CH2
O C CH3
CH3
CH3CH2
O C CH3
H
H
CH3
CH3O
+ Br
CH3CH2
CH3Br + O
2° halide
O
+ Br
H
methyl
halide
CH3
C CH3
2° halide
CH3CH2
Br
1° halide
+
O C CH3
H
less hindered RX
preferred
less hindered RX
preferred
9.42
a. CH3CH2 O CH2CH3
CH3
b.
CH3
C O CH2CH3
H
HBr
2 CH3CH2
Br
+ H2O
c.
CH3
HBr
CH3
C Br
H
+
CH3CH2Br + H2O
O CH3
HBr
Br + CH3Br
+ H2O
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9.43
a.
c.
O
O
CH3CH2OCH2CH2CH3
O
Br
2° halide
CH3CH2O + BrCH2CH2CH3
O
Br
1° halide
1° halide
less hindered RX
preferred path
OCH2CH2CH3
b.
CH3CH2OCH2CH2CH3
CH3CH2Br + OCH2CH2CH3
1° halide
Neither path preferred.
OCH2CH2CH3
Br
O
OCH2CH2CH3
+ BrCH2CH2CH3
2° halide
1° halide
less hindered RX
preferred path
9.44 Un alogenuro terziario è troppo ingombrato ed un alogeuro arilico è troppo poco reattivo per dare
la sintesi degli eteri di Williamson.
Two possible starting materials:
CH3
CH3
Br
O C CH3
CH3
O C CH3
CH3
Br
CH3
aryl halide
unreactive in SN2
O
C CH3
CH3
3° alkyl halide
too sterically
hindered for SN2
9.45
a. (CH3)3COCH2CH2CH3
b.
O
HBr
HBr
(CH3)3CBr + BrCH2CH2CH3
2
Br
H2O
H2O
c.
OCH3
HBr
Br
CH3Br
H2O
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9.46
overall reaction
CH3
a.
O
I
CH3
H
I
+ H2O
I
The steps:
CH3
O
CH3
I
+ I
H
H
+ I
H
CH3
O
CH3
O
I
CH3
CH3
H
b.
Cl
O
Na+ H–
H
O
Cl
H
CH3
O
I
CH3
H
I
+ H2 + NaCl
+ H2 + Na+
O
9.47
O
CH3
Na+ H–
R O H
O
R O
+
+ Na + H2
O S OCH3
(dimethyl sulfate)
R OCH3
+
OSO3CH3
+
H2
Dimethyl sulfate is a reactive methylating agent because –OSO3CH3 is a
very good leaving group; it is a resonance-stabilized, weak conjugate base.
The conjugate acid of –OSO3CH3 is HOSO3CH3, which is a strong acid, similar in acidity to H2SO4.
9.48 Confrontare gli epossidi ed il ciclopropano. Perchè un composto sia reattivo nei confronti dei
nucleofili, deve essere elettrofilo.
δ−
O
δ+
δ+
epoxide
cyclopropane
O is electronegative and pulls electron density
away from C's. This makes them electrophilic
and reactive with nucleophiles.
Cyclopropane has all C's and H's,
so all nonpolar bonds. There
are no electrophilic C's so it will not
react with nucleophiles.
9.49 Due regole per la reazione di un epossido:
[1] I nucleofili attaccano dal retro dell’epossido.
[2] I nucleofili carichi negativamente attaccano al carbonio meno sostituito.
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CH3
a.
CH3
OH
[1] CH3CH2O
O
[2] H2O
O
C C
b. CH3
OCH2CH3
H
Attack here:
less substituted C
backside attack
H
HO
[1] H C C
H [2] H O
2
H
CH3 C C
C
H
H
CH
Attack here:
less substituted C
backside attack
9.50
O
O
C
a. H
C
H
HBr
H
H
BrCH2CH2OH
d. H
C
H
O
C
b. H
C
H
c. H
C
H
HOCH2CH2OH
e. H
H2SO4
C
H
H
HOCH2CH2OH
H
H
[2] H2O
O
f. H
CH3CH2OCH2CH2OH
[2] H2O
C
HC C CH2 CH2OH
[2] H2O
[1] −OH
C
H
[1] CH3CH2O−
H
H
[1] HC C–
O
H2O
H
H
O
C
C
C
H
[1] CH3S−
H
H
CH3SCH2CH2OH
[2] H2O
9.51
O
a.
CH3
CH3
H
H
Br
CH3CH2O H
O
CH3
OH
[1] CH3CH2O− Na+
O
OH
HBr
c.
CH3 C C H
H2SO4
CH3
b.
O
CH3 OH
CH3CH2OH
d.
[2] H2O
OCH2CH3
OH
[1] NaCN
[2] H2O
9.52
CH3
Cl
H
C
a.
CH3
Cl
H
C
C
H O
H
CH3
C
O
H
CH3
CH3
C
b.
H O
Na+ H−
Cl
C
H
CH3
CH3
H
C
O
Cl
C
H
C
CH3
H
The 2 CH3 groups are anti in the
starting material, making them
trans in the product.
CH3
H
The 2 CH3 groups are gauche in the
starting material, making them
cis in the product.
O
C4H8O
Na+ H−
H
H
CH3 C
CH3
CH3
H C
C
O
C4H8O
CN
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9.53
a.
KOC(CH3)3
OTs
b.
OH
*
Bulky base favors E2.
HBr
H CH3
c.
H CH3
O
CH3CH2 C C H
CH2CH3
H
[2] H2O
Keep the stereochemistry at the stereogenic
center [*] the same here since no bond is
broken to it.
C
C
CN
H
H
CH3CH2
CH2CH3
H
Br
SN2
inversion
TsCl
OH
O
O
CH3CO2
OTs
pyridine
H D
OH
H D
Br
Br
OH
H D
[1] NaOCH3
[2] H2O
OCH3
OH
OH
OCH3
O
NaH
OCH2CH3
CH3CH2I
i.
CH2CH3
CH3
C O CH3
CH3
CH3CO2
HBr
OH
CH3CH2
C
CH3
f.
j.
H
CN
(CH3)3C
SN2
inversion
PBr3
CH3
+
H
KCN
OH
e.
HO
OH
OTs
(CH3)3C
h.
CH3CH2
H
[1] −CN
d.
g.
Br
*
CH2CH3
CH2CH3
CH3
HI
CH3CH2
C
I
CH3
+
I
CH3
+ H2O
C
CH2CH3
CN
identical
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9.54
a.
OH
b.
OH
c.
OH
HBr
or
PBr3
Br
HCl
or
SOCl2
Cl
[1] Na+ H−
[2] CH3CH2Cl
O
O
[1] TsCl/pyridine
d.
OH
OTs
[2] N3−
N3
Make OH a good leaving
group (use TsCl), then add N3−.
9.55
a.
OH
HCl
or
SOCl2
b.
OH
H2SO4
c.
OH [1] Na+ H−
d.
OH [1] TsCl/pyridine
Cl
O
[2] CH3Cl
OTs [2] –CN
OCH3
CN
Make OH a good
leaving group (use TsCl),
then add −CN.
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9.56
Br
(a) = HBr
(b) = KOC(CH3)3
or PBr3
or other
strong base
OH
OTs (d) = KOC(CH )
3 3
(c) =
(e) =
or other
strong base
TsCl/pyridine
H2SO4 or
TsOH
Br
(f) = KOC(CH3)3
NBS
or other
strong base
HOCl
OH
(h) =
OH
OH/H2O
OH
(g) = NaH
O
Cl
+ enantiomer
−
9.57
Net Reaction: Nu replaces OH.
(C6H5)3P
[ROY]
ROH
O
R Nu
O
CH3CH2OCN NCOCH2CH3
Not isolated.
(DEAD)
O
(C6H5)3P
a.
OH
DEAD
CH3COOH
O
C
CH3
b.
OH
(C6H5)3P
DEAD
CH3SH
SCH3
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9.58
Cl
Cl
(CH3)3C
(CH3)3C
OH
Cl
OH
A
(CH3)3C
OH
B
C
Cl
(CH3)3C
Cl
OH
(CH3)3C
Cl
(CH3)3C
OH
OH
(CH3)3C
rapid reaction
This isomer can have the OH and Cl in the trans
diaxial positions, while the larger group C(CH3)3
can be in the favorable equatorial position.
no reaction
This isomer has the OH and Cl in a cis position,
prohibiting epoxide formation. The OH must be
able to approach from the backside.
OH
Cl
OH is in a favorable arrangement
for backside attack of the
nucleophile on the leaving group.
intermediate reactivity
This isomer can have the OH and Cl in the trans
diaxial positions. But the larger group C(CH3)3
must be in the unfavorable axial position, making
this reaction slower.
Cl
(CH3)3C
O
9.59
OH OH
CH3
C
C CH3
OH
OH2 OH
H OSO3H
CH3
CH3 CH3
C
CH3
C CH3
C CH3
CH3
CH3
C
shift
CH3 CH3
CH3 CH3
pinacol
C
1,2-CH3
CH3
OH
C
CH3
+ H2O
+ HSO4
CH3
CH3
C
CH3
O
CH3 O H
C
CH3
CH3
C
CH3
C
CH3
pinacolone
9.60
O
O H
O
C
I
O
H
H
O
O
O
O
H
C
H
C H
Na+ –OH
I
O
O
C
H
I
O
H
H
O
9.61 Bisogna disegnare il prodotto che mette il nucleofilo ed il gruppo uscente (O−) trans e diassiali.
HSO4
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a. (CH3)3C
This bond was above the six-membered ring
in the epoxide and it stays above it in the product.
O
=
OH (axial)
O
O
(CH3)3C
H2O
(CH3)3C
OCH3
(CH3)3C
OCH3
=
H
H
(CH3)3C
OH
OCH3 (axial)
attack from below
OCH3
only
b. (CH3)3C
O
=
(CH3)3C
H2O
(CH3)3C
O
attack from above
OCH3 (axial)
OCH3
OCH3
(CH3)3C
O
This bond was below the six-membered ring
in the epoxide and it stays below it in the product.
H
H
= (CH3)3C
OCH3
OH (axial)
OH
only
The nucleophile must always approach by backside attack; i.e. if the epoxide is drawn "up" it must attack
from below. Even though both ends of the epoxide are equally substituted, nucleophilic attack occurs at
only one C–O bond, the one that gives trans diaxial products, as drawn.