Aldehidek. láncvégi -CHO csoport (vagy oldalláncban) C-atomhoz kapcsolódik

Átírás

1 xovegyületek 1

2 xidációs fok: 2 2

3 Aldehidek láncvégi - csoport (vagy oldalláncban) -atomhoz kapcsolódik a) szubsztitúciós nómenklatúra előtag: formil- formyl utótag: -al, [-karbaldehid] carbaldehyde butanal pent-2-éndial pent-2-enedial (formilmetil)hexándial 3-formylmethylehexanedial ciklohexánkarbaldehid cyclohexanecarbaldehyde b) triviális nevek a megfelelő karbonsav triviális nevének töve + aldehid 3

4 Aldehid Karbonsav i- 3 7 izobutiraldehid isobutyraldehyde i- 3 7 a. isobutyricum isobutyric acid 4 9 valeraldehid valeraldehyde 4 9 a. valerianicum valeric acid 2 glikolaldehid hydroxyacetaldehyde 2 a. glycolicum glycolic acid 2 2 szukcinaldehid succinaldehyde 2 2 borostyánkősav a. succinicum succinic acid benzaldehid benzaldehyde benzoesav a. benzoicum benzoic acid 4

5 3 vanillin piperonal protokatechualdehid protocatechualdehyde 3 vanillinsav vanillic acid piperonilsav piperonilyc acid protokatechusav protocatechuic acid 5

6 Aldehid Karbonsav formaldehid formaldehyde hangyasav formic acid acetaldehid 3 3 acetaldehyde ecetsav acetic acid 2 5 propionaldehid propionaldehyde 2 5 propionsav propionic acid 3 7 butiraldehid butyraldehyde 3 7 vajsav butyric acid 6

7 Aldehid Karbonsav szalicilaldehid salicylaldehyde szalicilsav salicylic acid 3 ánizsaldehid p-anisaldehyde 3 ánizssav p-anisic acid 3 veratrumaldehid veratraldehyde 3 veratrumsav veratric acid 3 3 7

8 Ketonok láncon belüli a) szubsztitúciós nómenklatúra előtag: oxoutótag: -on, [ keton] l klór-2-metilpentán-3-on 1-chloro-2-methylpentan-3-one a karbonilcsoport két -atomhoz kapcsolódik oxovajsav 3-oxobutyric acid pentén-2-on 4-penten-2-one ciklohexanon cyclohexanone 8

9 b) csoportfunkciós keton etil-metil-keton c) aromás ketonok 3 acetil acetofenon acetyl acetophenone benzoil benzofenon benzoyl benzophenone 9

10 d) triviális nevek aceton acetone acetilaceton acetylacetone biacetil diacetyle Triviális csoportnevek acetonil acetonilidén fenacil fenacilidén 10

11 δ+ δ Szerkezet esonance structures for the carbonyl group ybride 3 3 Formaldehyde µ = 2.27 D Acetone µ = 2.88 D ~ 120 Z ~ 1,24 ~ 120 ~

12 Előállítás 1. Aldehidek és ketonok közös előállítási módszerei - xidáció 2-2 I. r., -2, II. r. Jones-reagens: 2 r 4 2 S 4 (víz-aceton) ollins-reagens: r 3 piridin Mn 2 -aktív ( KMn 4 + MnS 4 ) Dehidrogénező katalizátor: u-r oxid 12

13 - Acetilének hidratálása 2 S 4 2 g 2+ -só 3 enol 2. Aldehidek előállítása - Savszármazékokból redukcióval Savkloridból: osenmund r. l Pd/BaS

14 Savnitrilekből N Bu 2 i Al N l N l Et 2 1. Snl Aromás rendszerek elektrofil szubsztitúciója a) Gatterman: N + l (Znl 2 ) b) Gatterman - Koch: + l (All 3 ) c) eimer - Tiemann: l 3 / - d) Vilsmeier: Pl 3 / ( 3 ) 2 N Aromás metil vegyületek oxidációja 3 ox. pl. Se 2 14

15 Gattermann 15

16 Gattermann-Koch 16

17 eimer - Tiemann 17

18 eimer Tiemann - mehanizmus 18

19 Vilsmeier aack reakció 19

20 3. Ketonok előállítása - savszármazékokból Savkloridból Grignard-reakció 4 9 Mgl, Et 2 l Fel 3, Savnitrilből Grignard-reakció N, MgBr Et 2, víz NMgBr, 20

21 - aromás rendszerek elektrofil szubsztitúciója Friedel-rafts l All 3 Fries átrendeződés fenol-észter + All 3 (v. hν) - Aromás alkil vegyületek oldallánc oxidációja KMn 4 víz, Al 2 (S 4 )

22 Friedel-rafts acilezés + l All 3 + l Fries-átrendeződés: inter v. intramolekuláris All 3 All 3 hν Foto-Fr ies: ger jesztett áll. 22

23 xovegyületek kémiai reakciói I) Addíciós reakciók Sztereokémia (Felkin-Anh modell) II) eakciók az α-szénatomon III) Addíciós reakciók α,β-telítetlen karbonilvegyületekre egiokémia (1,2 és 1,4-addíciós reakciók) IV) xidáció-edukció 23

24 I) Addíciós reakciók 24

25 25

26 26

27 27

28 Gyűrűs acetál ('ketál') Etilénglikollal ciklopentanon-etilénketál Analóg: S S S S ditioketál BF 3 Et 2 28

29 S S John McMurry: rganic hemistry 7 th Edition Thomson Books/oole 2008 S S BuLi TF ', 2 S, 'X S ani S S pl. DMS-l dioxán v. us 4 /szilikagél v. g 2+ / 2

30 30

31 Aminok r eakciója - N 3 N 2 N hemiaminál imin - N 2 N- Schiff-bázis - 2 N N 2 N 2 enamin - 3 N N 3 X 31

32 Addition of 1 o Amines Formation of Imines Because the N atom of an imine is surrounded by three groups (two atoms and a lone pair), it is sp 2 hybridized, making the N bond angle 120, (not 180 ). Imine formation is fastest when the reaction medium is weakly acidic (p 4-5). 32

33 Addition of 2 o Amines Formation of Enamines A 2 o amine reacts with an aldehyde or ketone to give an enamine. Enamines have a nitrogen atom bonded to a double bond. 33

34 The formation of imines and enamines compared 34

35 - A - N 2 N-A A = - hidroxilamin oxim A = N 2 - hidrazin hidrazon A = 2 N N szemikarbazid szemikarbazon Főként analitikai jelentőségük van, illetve intermedierek heterociklusokhoz 35

36 36

37 Wittig-reakció Acetilén addíciója Grignard-vegyület addíciója l. olefinek l. acetilének l. alkoholok Megjegyzés: mellékreakciók lehetnek: A) Sztérikusan gátolt ketonnal enolizáció 'MgX + ' + B) Sztérikusan gátolt Grignard-vegyülettel redukció MgX + MgX 37

38 Grignard-reakció: karbonilvegyületek reduktív anionos alkilezése δ +δ -MgX 2 - MgX +δ δ MgX Mg 2 X a) MgX +δ 3 δ 3 MgX Mg X b) MgX +δ 3 3 δ 3 3 MgX Mg X c) 3 l MgX 3 δ +δ l 3 + Mg X l folytatása b) egyenlet szerint tercier alkoholig d) δ - MgX +δ Mg X 3 folytatása b) egyenlet szerint tercier alkoholig 38

39 Wittig reakció + ( 6 5 ) 3 P ' ' ' ' + ( 6 5 ) 3 P aldehid v. keton foszfónium-ilid alkén trifenilfoszfin-oxid ' ( 6 5 ) 3 P + trifenilfoszfin ' X S N 2 X 6 5 ' 6 5 P 6 5 ' Li alkil-halogenid 6 5 ' P 6 5 P 6 5 ' 6 5 ' ' a foszfónium-ilid rezonáns határszerkezetei 39

40 + ' ' P( 6 5 ) 3 Ad N ' ' P( 6 5 ) 3 ' ' P( 6 5 ) 3 ( 6 5 ) 3 P + ' ' Acetilén addíciója bázis 40

41 Első ipari alkalmazás természetes vegyület szintetikus úton történő előállítására Wittig G.; Pommer.: DBP , 1956 Wittig G.; Pommer.: hem. Abstr. 1959, 53,

42 Nátrium-hidrogén-szulfit addíciója =, alkil aromás aldehidek aromás ketonok ' + S 3 ' addukt N Na (ha =Ar, =) ' N addíciója N N ' ( B) ' ciánhidrin ArAr : nem! Ar : gyengén Ar : benzoin-kondenzáció 42

43 John McMurry: rganic hemistry 7 th Edition Thomson Books/oole

44 Benzoin kondenzáció Ar N Ar N Ar N Ar Ar N Ar Ar Ar N Ar N Ar aciloin + N Ar = Ph benzoin 44

45 45

46 Sztereokémia (Felkin-Anh modell) Sztereoszelektivitás - sztereokontroll Egy kémiai reakció végbemehet a legkedvezőbb úton (kinetikusan kontrollált), vagy végbemehet a legstabilabb terméket eredményező úton (termodinamikusan kontrollált) A sztereoszelektivitás leggyakrabban sztérikus gátlásra vezethető vissza. Sztereokontroll Általában ciklusos vegyületek esetében könnyebben elérhető, mint aciklusos vegyületeknél. 46

47 Sztereoszelektív reakció: Több lehetséges sztereoizomer közül egy keletkezik kizárólag, vagy túlnyomóan. Sztereospecifikus reakció: Egy bizonyos sztereoizomerből egy bizonyos termék (a lehetséges sztereoizomerek egyike) keletkezik, a másik sztereoizomerből a másik. (a egy vegyületnek nincs sztereoizomere, nem adhat sztereospecifikus reakciót!) 47

48 I (S)-2-iodoheptane Na ()-heptan-2-ol Stereospecific S N 2 reaction 48

49 Nukleofil addíció a karbonil-vegyületekre (Sztereokémia) Irreverzibilis, ha Nu = vagy everzibilis, ha Nu = N 2, vagy X Addíció nem szimmetrikus (a szubsztituensek nem királisak) ketonra racemát 3 MgBr : 1 49

50 Addíció nem szimmetrikus (a szubsztituens(ek) királisak) ketonra MeMgBr Me + Me Me Me Me syn- minor product anti- major product Diastereoselective addition to a ketone 50

51 Me MgBr MgBr Me + / 2 Me helation controlled nucleophilic addition to a ketone 51

52 A karbonilcsoport (általában trigonális centrumok) síkjának két oldalán lévő felületek típusai Trigonális centrumok síkjának két oldalán elhelyezkedő felületek lehetnek homotópok, enantiotópok vagy diasztereotópok. omotóp felületeket akkor kapunk, ha a π-kötések síkjában egy 2 szimmetriatengely fekszik. eterotóp felületek Enantiotóp felületek csak akirális s szimmetriájú molekulában találhatók. Diasztereotóp felületek viszonya nem jellemezhető semmilyen szimmetriaelemmel. 52

53 Felületek megkülönböztetése trigonális rendszerben Y Z Z Y X X pl.: X > Y > Z (.I.P.) A trigonális centrumnak pro- (szimbóluma: re, e) az a felülete, amely felől nézve a.i.p. konvenció szerint rangsorba állított ligandumok prioritása órairányú, pro-s (szimbóluma: si, Si), ha ellentétes. A kialakuló tetragonális centrum konfigurációja nemcsak a belépés irányától (re vagy si) függ, hanem a belépő ligandumnak a már meglevőkhöz visszonyított rangjától is. 53

54 Molekulán belüli azonos szerkezetű és helyzetű csoportok omotópok ( azonos helyzetűek ) az olyan csoportok, amelyek a molekula valamely n szimmetriatengelye körüli elforgatással kicserélhetők ( 1 kizárva!). omotóp csoportok teljesen megkülönböztethetetlenek. eterotóp csoportok egymás közötti viszonya enantiotóp vagy diasztereotóp lehet. 54

55 Trigonális centrumok síkjának két oldalán lévő felületek A) omotóp felületek két σ kötés a π kötés síkjában a) Z X Y Z Me Me Me Me Me Me 55

56 B) eterotóp felületek 1) Enantiotóp felületek b) Y W XA Z -A W X Y Z -A AX W Y Z W X Y Z 3 Me Me Me Me 2) Diasztereotóp felületek c) W X Y Z A B l 56

57 - omotóp felületek esetén bármelyik oldalról jön a támadás, ugyanaz a termék képződik, függetlenül attól, hogy a reagens királis, vagy akirális. LiAlD 4 D D -Enantiotóp felületek esetén mindig szteroizomerek képződnek akirális ligandummal királis ligandummal - Diasztereotóp felületek esetén minden ligandummal racém keverék diasztereomerek 1:1 től eltérő elegye diasztereomerek keletkeznek 57

58 Prokirális felületek A homotóp felületekkel jellemezhető centrumok ellen intézett támadás bármelyik felület irányából azonos termékhez vezet. Enantiotóp felületek estén új ligandum bevitele mindig sztereoizomereket hoz létre. Diasztereotóp felületek reaktivitása azok különböző hozzáférhetősége miatt mindenfajta reagenssel szemben eltérő. Az egyes felületek felöli ligandumfelvétel során diasztereomerek keletkeznek. 3 2 Si 3 2 e o e 3 Br e Br 180 o Si 3 Si 58

59 Diasztereotóp felülettel jellemezhető csoport reakciója Felkin-Anh modell, kinetikus kontroll L Me S M Nu: :Nu S = Kicsi M S M S M = Közepes Et Et L = Nagy L L Kedvezőtlen Kedvező M Nu S M Nu S Nu Et L L Et Me 59

60 Felkin-Anh modell 1. atározza meg a legnagyobb és legkisebb csoportokat (L, S)! 2. L csoportot helyezze el merőlegesen a karbonilra Newman projekcióban! A nukleofil támadási iránya az S csoport felől várható. Nu 107 o 60

61 Felkin-Anh modell 1) L, M, S meghatározása (large, medium, small térkitöltés) 2) L csoport és = csoport 90 -os vetületbe helyezése (Newman projekció) 3) 107 -os szög megkeresése (Nu =) a -L kötéssel quasi antiperiplanáris állásban, mindkét konformeren vizsgálva 4) (Nu)-S > (Nu)-M kedvezősége (taszítás szempontjából) 61

62 Felkin-Anh modell Sztereoszelektív reakció M M KEDVEZÕ M M Nu 107 o S L 107 o Nu S gyenge taszítás L quasi antipp Nu S L Nu S L D Nu M S erõs taszítás Nu M L 107 o quasi antipp L Nu M L Nu M S L 107 o S KEVÉSBÉ KEDVEZÕ S E E S S KEVÉSBÉ KEDVEZÕ S S Nu Nu 107 o 107 o M S M L 107 o Nu M erõs taszítás gyenge taszítás Nu S L 107 o M L quasi antipp quasi antipp L KEDVEZÕ Nu Nu M S M L L Nu Nu M S M L L D 62

63 A nukleofil támadás során az új kötés a kapcsolódó szigma kötéssel antiperiplanáris helyzetbe kerül. 63

64 II) eakciók α-szénatomon 64

65 65

66 66

67 eakció enol-/enolát-anionon keresztül xo-enol tautomerizáció 3 3 oxo 3 2 enol 10-4 % % % 67

68 karbonilcsoport reakciója: Nu 3 Nu 3 eactions at the α-position of carbonyl compounds enol(át) reakciója: pl. egy másik molekula karbonilcsoportjával enolate 68

69 Aldehydes and ketones are weak BrØnsted acids + B B pk a =

70 pk a

71 2 2 2 allyl anion vs. enolate anion

72 pr otonation pr otonation 72

73 2 B - 2 B pk a = 42 pk a =

74 3 2 K ~ K ~ K ~ 3.2 K >

75 = kötés stabilizációja metilcsoportok révén 2 enol forma 3 2 G enol forma Energia G' G' > G aldehid forma = kötés stabilizációja metilcsoport révén keto forma 75

76 1. Alkilezés 1. LiNPr 2 (i) 2. 3 I 3 pk a = Li 3 I pk a = 40 2 N 76

77 Kétszeresen aktivált α-szénatom, alkilezés NaEt 2. X Na 77

78 a két különböző α-szénatom van: az enolátképzés regiokémiája Könnyű hozzáférés Kinetikus enolát ( ) 3 2 Li B = Li N = LDA ( ) Nehéz hozzáférés Termodinamikus enolát 78

79 egioselective alkylation of ketones MeI Me 3 Sil SiMe alkylation ambident anion ('two fanged') -silylation 3 3 base base 3 Ph 2 Br Ph 2 Br 3 3 Ph kinetic enolate ther modynamic enolate Ph str ong hinder ed base (e.g. LDA) low temper atur e weak base (e.g. Et 3 N) high temperature 79

80 2. alogénezés A) savkatalízissel B) bázis jelenlétében 3 X 2 acid B - I I δ+ δ I B - I 2 X I 2 2 δ+ δ I I 2 I 2 I 3 + I 3 80

81 Br Br 2 Br 3-brómbután-2-on Br brómbután-2-on 81

82 1. Aldolképzés eakció az α szénatomon aldolkondenzáció (enolát addíciója karbonilcsoportra)

83 D D ugyan így D D Br 2 Br Br Enol gyenge nukleofil D 3 83

84 84

85 D 2 ugyan így D D D ( ) Br 2 ugyan így Enolátanion erõsebb nukleofil X S N 2 Br Br Br 85

86 újabb Aldol-reakció elvégzésére képes! Probléma: 'keresztezett aldol' 86

87 Keresztezett aldol-kondenzáció és lehetséges termékei

88 3 3 + l l l 1. Savkatalizált enolképzés Az enol addíciója egy másik aceton molekula protonált karbonilcsoportjára l Savkatalizált víz-elimináció + l + 88

89 2. Aldolreakció ketonnal (5%) (95%) Az aldolképződés ketonokból termodinamikailag kedvezőtlen! 89

90 3. Az aldol további reakciói: A) Elimináció savkatalízissel 2 α β aldol (β-hidroxiketon) 2 elimináció 3 + α β 3 α, β-telítetlen aldehid 90

91 3. Az aldol további reakciói: B) Elimináció báziskatalízissel rezonancia-stabilizált enolát 91

92 eakció az α szénatomon laisen-schmidt kondenzáció (hasonló a keresztezett aldolkondenzációhoz) vö. keresztezett aldol: egyik jóval reaktívabb

93 Diszproporcionálódás: annizzaro reakció α--t nem tartalmazó aldehidek karbonsav + alkohol 2 93

94 Keresztezett annizaro reakció K Intramolekuláris annizzaro reakció 2 glikolsav 94

95 95

96 III) Addíciós reakció α,β-telítetlen karbonil-vegyületekre egiokémia (1,2 és 1,4-addíciós reakciók) Sztereokémia (Felkin-Anh modell) A) α,β-telítetlen oxovegyületek reakciói nukleofilekkel Probléma: a nukleofil két helyen támadhat (ambidens elektrofil) Nu '1,4 - Addíció' Nu Nu és / vagy Nu '1,2 - Addíció' 96

97 1,4-Addíció (konjugált addíció) Nu 2 Nu: 2 3 Nu 3 Nu 2 3 enolát anion Nu 2 Nu

98 1,3-addíció 2 Nu Nu Nagyon ritka 98

99 Addíció Nu Nu Nu E + E Deprotonálás + reakció elektrofillel vagy E E B E E α 99

100 Enolát Pentadienil-anion Izokonjugált rendszerek 100

101 Karbonilcsoporttal konjugációban lévő (alternáló kettős- és egyszeres) kötés Látens polaritás eaktivitás: karbonil-szénatom = elektrofil (reagens: nukleofil) α-szénatom = nukleofil (reagens: elektrofil) N N hasonlóan : Br 101

102 egiokémia (1,2 és 1,4-addíciós reakciók) Nu Nu 1,4 Nu 1,2 Nu egioszelektivitás szempontjai erősen bázikus nukleofilek 1,2 gyengén bázikus nukleofilek 1,4 102

103 Nukleofil atom Nukleofil 1,4 1,2 Li + MgBr + MgBr/uI + LiAl 4 + NaB 4 /ui + NaB 4 /el 3 + eteroatom N 2, Na, SNa + 103

104 1,4-Addíció nem szimmetrikus α,β-telítetlen ketonra Me 2 uli then + / % % Stereoselective conjugate addition reaction 104

105 Lítium-dialkil-réz ( kuprát ) reagens 1,4-addíció éter 2 Li + ux 2 uli Példa: 1,4-kuprát addíció ( tandem vicinális difunkcionalizálás ) Bu 2 uli MeI Bu Bu Bu transz cisz 4 : 1 105

106 John McMurry: rganic hemistry 7 th Edition Thomson Books/oole

107 obinson annulation + 1. aldol condensation

108 Na +, Na +, K. Peter,. Vollhardt, Neil E. Schore: rganische hemie. Wiley-V Verlag Gmb & o. KGaA (5. Auflage)

109 Base 3 3 K. Peter,. Vollhardt, Neil E. Schore: rganische hemie. Wiley-V Verlag Gmb & o. KGaA (5. Auflage)

110 B) α,β-telítetlen oxovegyületek reakciói elektrofilekkel l l

111 IV) xidáció-redukció 1. edukció - Kizsnyer-Wolff l. paraffinok - lemmensen l. paraffinok - fémhidridek (Meerwein-Ponndorf-Verley) l. nukleofil addíció (Al - 4 ) l. alkoholok 111

112 2. xidáció /persavak 2 2 KMn 4 N 3 ( 2 ) 4 3 (Baeyer-Williger) Ph 3 Se 2 Ph 112

113 Meerwein-Ponndorf-Verley redukció ' Al ' alkoholát felesleg folyamatos kidesztillálás ppenauer oxidáció 3 + ' 3 ( 3 ) 3 Al ( 3 ) 3 ( 3 ) 3 nem oxidálható alkohol ' acetonfelesleg (nem tud leadni hidridiont) 3 ' + ( 3 ) 3 ( 3 ) 3 Al ( 3 ) 3 ' 3 Al + 3 ( 3 ) 3 113

114 Baeyer-Villiger oxidáció: észterképzés Ar, Ar,, Ar Et Ph Et Ph Vándorlási tendencia: > terc - alkil > szek - alkil > fenil > primer - alkil > metil 114

115 115

116 _

117 Mechanism of biological aldehyde and ketone reductions by the coenzyme NAD John McMurry: rganic hemistry 7 th Edition Thomson Books/oole

118 Fontosabb aldehidek Néhány fontosabb oxovegyület Formaldehid: 40%-os vizes oldata a formalin n 2 ( 2 ) n-1 2 n = par afor maldehid Acetaldehid Paraldehid Metaldehid S 4 2 S 4 l 2 S 4, 3 118

119 K. Peter,. Vollhardt, Neil E. Schore: rganische hemie. Wiley-V Verlag Gmb & o. KGaA (5. Auflage)

120 Fontosabb ketonok Butirofenonok (antipszichotikumok) F ( 2 ) 3 aloperidol Szteroidhormonok Androszteron (férfi) Ösztron (női) 120

121 Íz- és illatanyagok ( 2 ) Málna-keton (raspberry ketone imbeer-keton ) Gyöngyvirág-aldehid (lily-of-the-valley aldehyde Maiglöckchen-Aldehyd ) ldószerek és különféle szintézis-alapanyagok Aceton, mint oldószer Acetofenon, mint szintézis-alapanyag 121

122 Néhány biológiailag fontos származék Vitamine B 6 John McMurry: rganic hemistry 7 th Edition Thomson Books/oole

123 Pyridoxal Biosynthesis 123

124 124

125 Strictosidin-Synthase ist ein pflanzliches Enzym, das die Mannich-artige Kondensation von Tryptamin und Secologanin nach Strictosidin katalysiert. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Biosynthese der Indolalkaloide. Das Enzym ist in den Vakuolen der Wurzeln lokalisiert. 125