Szerves kémiai szintézismódszerek

Átírás

1 Szerves kémiai szintézismódszerek 9. Funkciós csoportok kialakítása, eltávolítása, egymásba való átalakítása Kovács Lajos 1

2 A funkciós csoportok áttekintése szénhidrogének halogénszármazékok oxigéntartalmú vegyületek kéntartalmú vegyületek nitrogéntartalmú vegyületek ı A szénatom hozzávet leges oxidációs száma vagy foka C-C C=C C/C -CH 2X -CHX 2 -CX 3 CX 4 -CH 2H -CH -CH C 2 -CH 2R >C= -CX -CH(R) 2 H-C-C-H epoxidok -CH 2SH -CHS -CH 2NH 2 -CH=NH -CN -N=C=N- -CH=NH -CNH 2 -NHC()NH 2 redox átalakítások nem redox átalakítások 2

3 Alkoholok el állítása PKarbonilvegyületek és karbanionok reakciója CuI, 3 BuLi Et 2, -78 C 96 % H CH + Br Zn THF, 70 C 91% H PEpoxidok és karbanionok reakciója LiCuMe 2 Et 2, -50 C 68 % H 3

4 Alkoholok el állítása 2. Hidroborálás-oxidáció Herbert C. Brown ( ), megosztott kémiai Nobel-díj (Georg Wittig),

5 Alkoholok el állítása 3. Szolvomerkurálás-demerkurálás PAlkoholok jelenlétében éterek képzı dnek PRedukcióval a higany eltávolítható és alkoholok/éterek nyerhetı k 5

6 Epoxidok el állítása Alkének epoxidálása Aszimmetrikus változat: Sharpless-epoxidálás K. Barry Sharpless (1941-), megosztott kémiai Nobel-díj (William S. Knowles, Ryoji Noyori), 2001 PMás módszerek < Darzens-kondenzáció < diolok aktiválása < kén-ilidek felhasználása 6

7 Az epoxidok reaktivitása Győ rő nyitás nukleofilekkel Savas és bázikus közegben egyaránt felnyílik diol (Nu=H) vagy β-alkoxialkohol (Nu=R) képzı dése közben A dohányfüstben található, karcinogén benzo[a]pirén három enzim segítségével metabolizálódik egy diol epoxiddá, amely kölcsönhatásba lép különbözı DNSszekvenciákkal Benzo[a]pirén diol epoxid Benzo[a]pirén diol epoxid és egy nonanukleotid duplex adduktuma (addíció a 2'-dezoxiadenozin N 6 - nitrogénjén) 7

8 Aldehidek, ketonok el állítása PGrignard-vegyületek reakciója nitrilekkel PCinkvegyületek reakciója PAromások < Friedel-Crafts, Vilsmeier, Gattermann-Koch Cl Zn ZnCl Cl 52 % PUmpolung < 2-trimetilszilil-tiazol: formil-anion szinton (A. Dondoni) CH + Me 3 Si N S CH 2 Cl 2, 0 C 84 % de > 95 % S N H CH 3 I H CH HgCl 2 H S N CH 3 NaBH 4 H S N CH 3 I 8

9 PGrignard-vegyületek reakciója szén-dioxiddal Karbonsavak el állítása PAlkil-halogenidek/aldehidek reakciója cianidokkal, a keletkezı nitrilek hidrolízise H H H H H NC 1. KCN H NaH H 43 % H H H H H H H H H H PKarbanionok reakciója dietil-karbonáttal H C 2 Et CH 3 H H (Et) 2 C, NaH 2 h, 20 C, 8 h, 55 C 86 % Et CH 3 H H H 9

10 Több funkciós csoportot tartalmazó vegyületek el állítása 1. 1,2-Difunkciós vegyületek Pa 1 + d 1 /d 1 + a 1 < benzoin-kondenzáció < aldehidek és cianid-ion reakciója < Umpolung CH 3 CH + HS SH BF 3 S CH 3 S 1. BuLi, THF -20 C, 5 h 2. hexanol C 1 h, 84 % H 3 C Li S CH 3 S CaC 3, MeH, 5 h H H 3 C + CH 3 H 3 C CH 3 Pr 1 + r 1 < aciloin-kondenzáció < pinakol-reakció < McMurry-kapcsolás 10

11 Több funkciós csoportot tartalmazó vegyületek el állítása 2. 1,3-Difunkciós vegyületek Pa 1 + d 2 < Knoevenagel-kondenzáció < Dieckmann-kondenzáció < Stobbe-kondenzáció < Reformatszkij-reakció < aldol-kondenzáció < Mannich-reakció H 2 C, Et 2 NH, AcH Cu 2 Cl 2, 16 h, 70 C 89 % R H R NEt 2 HgS 4 10 % H 2 S 4 1 h, 75 C NEt % R R R = H 3 C CH 2 11

12 Több funkciós csoportot tartalmazó vegyületek el állítása 3. 1,4-Difunkciós vegyületek Pa 2 + d 2 < pl. α-halogén-karbonil-vegyület és enolátion reakciója H 3 C CH 3 d 2 C 2 Me 2 N 1. NaH, benzol, 20 C 2. Br a 2 H 3 C CH 3 C 2 Me Pa 3 + d 1 94 % < pl. α,β-telítetlen észter és nitrometán reakciója a 3 d 1 CH 3 N 2 BuMe 3 N + H - 10h, 20 C 88 % NaMe MeH 20 C 2 N H 3 C CH 3 C 2 Me C 2 Me cc. H 2 S 4 MeH -35 C Nitrovegyületek átalakítása karbonilvegyületté: a Nef-reakció Me C 2 Me H 3 C CH 3 H C 2 Me 86 % H 3 C CH 3 C 2 Me Me 12

13 A funkciós csoportok áttekintése szénhidrogének halogénszármazékok oxigéntartalmú vegyületek kéntartalmú vegyületek nitrogéntartalmú vegyületek ı A szénatom hozzávet leges oxidációs száma vagy foka C-C C=C C/C -CH 2X -CHX 2 -CX 3 CX 4 -CH 2H -CH -CH C 2 -CH 2R >C= -CX -CH(R) 2 H-C-C-H epoxidok -CH 2SH -CHS -CH 2NH 2 -CH=NH -CN -N=C=N- -CH=NH -CNH 2 -NHC()NH 2 redox átalakítások nem redox átalakítások 13

14 P Pfitzner-Moffatt-oxidáció xidáció Alkoholok oxidációja P Swern-oxidáció 14

15 P Jones-oxidáció xidáció Alkoholok oxidációja 2. Pppenauer-oxidáció (Meerwein-Ponndorf-Verley-redukció) 15

16 Redukció Alkalmazott redukálószerek Phidrogén és fém vagy komplex katalizátor (Ni, Pd, Pt, Ru, Rh) Pkomplex fémhidridek (alánok, boránok és származékaik) Predukáló fémek (Li, Na, Mg, Zn, Ca, Sn, Fe, Ti) Pnitrogénvegyületek (hidrazin, diimin) Pfoszforvegyületek [(Et) 3 P, R 3 P] Pkénvegyületek (Na 2 S 2 4, NaHS 3 ) hidrogénezés Paul Sabatier ( ), megosztott kémiai Nobel-díj (Victor Grignard), 1912 Me H 2, Pd/C, EtAc 99% Me N 2 N 2 Pd/C H 2, 2 atm EtAc, ~100 % NH 2 NH 2 16

17 P Birch-redukció < aromás vegyületek átalakítása diénekké Redukció Telítetlen szénhidrogének redukciója 17

18 Redukció Karbonilvegyületek, savszármazékok redukciója komplex fémhidridekkel P Lítium-tetrahidrido-aluminát < erı teljes, kevéssé szelektív redukálószer, észtereket is könnyen redukál P Nátrium-tetrahidrido-borát < szelektívebb redukálószer, csak erı teljes körülmények között redukálja az észtereket 18

19 Redukció Karbonilvegyületek redukciója P Clemmensen-redukció < funkcióscsoport-eltávolítás savas közegben PRedukció Raney-nikkel segítségével < funkcióscsoport-eltávolítás semleges közegben 19

20 Redukció Karbonilvegyületek redukciója 2. P Wolff-Kishner-Huang-Minlon-redukció < funkcióscsoport-eltávolítás bázikus közegben 20

21 Nitrogén- és kéntartalmú vegyületek oxidációs állapota nitrogéntartalmú vegyületek kéntartalmú vegyületek A heteroatom hozz ávet leges oxid ációs állapota NH 3 -NH 2 -NHH -N -N 2 -NHNH 2 -N=NH -N (+) /N -N=N()- H 2S -SH -S-S- -S- -S-H -S()-H -S() 2-H -S-X -S()-X -S() 2-X -S()- -S() 2- N 2 5 HN 3 S 3 H 2S 4 pl. C 3 H Cl S Cl m-cpba Cl S CH 2 Cl 2 80 % 21

22 Feladatok 1. F9.1. Hogyan lehet megvalósítani az alábbi átalakulásokat? alkil-halogenidek alkánok alkoholok alkinek alkének 1,2-diolok aldehidek és ketonok aminok epoxidok halohidrinek 22

23 Feladatok 2. F9.2. Hogyan lehet megvalósítani az alábbi átalakulásokat? ketálok és tioketálok alkoholok karbonsavak alkánok aldehidek és ketonok laktonok és észterek hidrazonok enolátok és enolát anionok oximok ciánhidrinek amidok 23

24 Feladatok 3. F9.3. Hogyan lehet megvalósítani az alábbi átalakulásokat? alkoholok aldehidek savhalogenidek alkil-halogenidek karbonsavak észterek aminok amidok savanhidridek 24

25 Ajánlott olvasmányok PR.. C. Norman, J. M. Coxon (1993): Principles of organic synthesis. 3rd ed. Blackie Academic and Professional, London. 811 pages, pp PJ. R. Hanson (2002): rganic synthetic methods. Royal Society of Chemistry, Cambridge. 175 pages. pp PJ. R. Hanson (2001): Functional Group Chemistry. Royal Society of Chemistry, Cambridge. 165 pages. PR. C. Larock (1999): Comprehensive rganic Transformations. A Guide to Functional Group Preparations. 2nd ed. Wiley-VCH, New York pages. PM. B. Smith, J. March (2001): Advanced organic chemistry. 5th ed. John Wiley and Sons, New York pages. pp PRichard C Larock (1986): Solvomercuration/demercuration reactions in organic synthesis, Springer-Verlag, Berlin, New York. P P P P P P 25