Chimica organica per il liceo/Aldeidi e chetoni/Approfondimenti

Addizione nucleofila di HCN - Formazione di cianidrina

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: scrivere un'equazione per descrivere la formazione di una cianidrina da un'aldeide o un chetone. identificare la cianidrina formata dalla reazione di una data aldeide o chetone con acido cianidrico. identificare l'aldeide o il chetone, i reagenti, o entrambi, necessari per preparare una data cianidrina. scrivere il meccanismo dettagliato per l'addizione di acido cianidrico a un'aldeide o un chetone.
Termini chiave	Assicurati di poter definire e utilizzare nel contesto il termine chiave sottostante. Cianidrina
Note di studio	Per una formazione di successo della cianidrina è importante avere ioni cianuro liberi disponibili per reagire con il chetone o l'aldeide. Questo può essere ottenuto utilizzando un sale (es. ${\ce {KCN}}$ o ${\ce {NaCN}}$) o una forma sililata (es. ${\ce {Me3SiCN}}$) di cianuro in condizioni acide, oppure utilizzando ${\ce {HCN}}$ con l'aggiunta di una base per produrre il nucleofilo ${\ce {CN-}}$ necessario.

L'acido cianidrico (${\ce {HC#N}}$), si addiziona reversibilmente ad aldeidi e a molti chetoni formando addotti idrossialcanonitrilici comunemente noti come cianidrine. Le cianidrine hanno la formula di struttura generale ${\ce {R2C(OH)CN}}$. La "R" nella formula rappresenta un gruppo alchilico, un gruppo arilico o un idrogeno.

Figura 19.6.1: Reazione Generale di Formazione della Cianidrina

General Reaction of Cyanohydrin Formation

Una caratteristica importante della formazione delle cianidrine è che richiede un catalizzatore basico. Poiché l'acido cianidrico stesso è un acido debole (pKa = 9,25), i migliori risultati si ottengono quando una piccola quantità di una base forte attiva l'acido cianidrico convertendolo in ione cianuro (${\ce {-C#N}}$), che può funzionare come nucleofilo al carbonio. In assenza di base, la reazione non procede o è, nel migliore dei casi, molto lenta. La formazione di cianidrine è debolmente esotermica ed è favorita per le aldeidi e per i chetoni ciclici e metilici non ingombrati.

Esempi di Formazione di Cianidrine

L'acido cianidrico (${\ce {HCN}}$) è pericoloso da maneggiare perché è altamente tossico. ☠️ Pertanto, in molte sintesi di cianidrine, l'${\ce {HCN}}$ viene creato in situ aggiungendo un acido forte a una miscela di cianuro di sodio e del composto carbonilico. In questo modo, l'acido cianidrico viene generato direttamente nell'ambiente di reazione. La quantità di acido aggiunto dovrebbe essere insufficiente a consumare tutto lo ione cianuro, mantenendo così condizioni sufficientemente alcaline per un'addizione rapida.

Examples of cyanohydrin formation% 3B cyclohexanone reacts with HCN to give 1-hydroxycyclohexane-1-carbonitrile and reaction of

Meccanismo di Formazione della Cianidrina

Il meccanismo si svolge in due passaggi fondamentali:

1. Attacco Nucleofilo: Lo ione cianuro (${\ce {CN-}}$) agisce come nucleofilo e forma un legame C-C con il carbonio carbonilico elettrofilo. I due elettroni del legame pi del carbonile vengono spinti sull'ossigeno elettronegativo, formando un intermedio tetraedrico ione alcossido.

   

   Cyanohydrin formation mechanism step 1

2. Protonazione: L'ione alcossido viene protonato dall'${\ce {HCN}}$, che rigenera lo ione cianuro, il quale può così continuare il ciclo catalitico.

   

   Cyanohydrin formation mechanism step 2

Chimica Ulteriore delle Cianidrine

I gruppi funzionali delle cianidrine si dimostrano spesso utili per via delle ulteriori reazioni che possono essere effettuate grazie alla presenza sia di una funzione ossidrilica che di una nitrilica. In particolare:

• La deidratazione può convertire il gruppo ossidrilico in un alchene (Sezione 17.6).
• Il nitrile può essere convertito in un gruppo funzionale acido carbossilico attraverso la reazione con una soluzione acquosa acida a caldo (Sezione 20.7).
• Il nitrile può essere ridotto dall'aggiunta di ${\ce {LiAlH4}}$ per formare un'ammina primaria.

  

  Dehydration of 2-hydroxy-2-methylpropanenitrile to give 2-methylpropenenitrile% 2C reaction of 2-hydroxy-2-methylpropanenitrile

  

  Reduction of 2-hydroxy-2-methylpropanenitrile with LiAlH4% 2C followed by acid quench to give 1-amino-2-methylpropan-2-ol

Altre Cianidrine Rilevanti

Altre cianidrine di interesse includono:

• Cianidrina di acetone: Ha la struttura ${\ce {(CH3)2C(OH)CN}}$ ed è utilizzata nella produzione di metil metacrilato (noto anche come plexiglas o acrilico).
• Glicolonitrile: È un composto organico con la formula di struttura ${\ce {HOCH2CN}}$, che è la cianidrina più semplice, derivata dalla formaldeide.

  

  Skeletal structures of acetone cyanohydrin and glycolonitrile

Addizione nucleofila di idruri e reagenti di Grignard - Formazione di alcol

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: scrivere l'equazione per descrivere la reazione di addizione nucleofila tra un reattivo di Grignard e un gruppo carbonilico. scrivere il meccanismo generale dell'addizione nucleofila dello "ione idruro" nella riduzione di un gruppo carbonilico.

Riduzione di Carbonili ad Alcoli con Idruri Metallici

Come il carbonio, l'idrogeno può essere usato come nucleofilo se è legato a un metallo in modo tale che la densità elettronica sia spostata verso l'idrogeno. Un atomo di idrogeno che porta una carica netta negativa e una coppia di elettroni non condivisa è chiamato ione idruro (${\ce {H-}}$). La densità di carica negativa sull'idrogeno dipende dalla differenza di elettronegatività tra l'idrogeno e il metallo a cui è legato.

Metal hydrides can be ionic or covalent

Le fonti più comuni dello ione idruro sono il litio alluminio idruro (${\ce {LiAlH4}}$) e il sodio boroidruro (${\ce {NaBH4}}$). Nota bene: lo ione idruro libero non è presente durante questa reazione; piuttosto, questi reagenti servono come fonte di idruro grazie alla presenza di un legame metallo-idrogeno polare. Poiché l'alluminio è meno elettronegativo del boro, il legame ${\ce {Al-H}}$ nel ${\ce {LiAlH4}}$ è più polare, rendendo il ${\ce {LiAlH4}}$ un agente riducente più forte.

Examples of covalent metal hydrides (sodium borohydride and lithium aluminum hydride) versus hydride nucleophile% 2C H-

Reazione Generale

L'addizione nucleofila di uno ione idruro a un'aldeide o a un chetone dà un intermedio alcossido tetraedrico, che per protonazione produce l'alcol corrispondente.

• Le aldeidi producono alcoli primari.
• I chetoni producono alcoli secondari.

General example of hydride reduction of an aldehyde to give a primary alcohol

General example of hydride reduction of a ketone to give a secondary alcohol

Entrambi i reagenti, ${\ce {LiAlH4}}$ e ${\ce {NaBH4}}$, sono in grado di ridurre aldeidi e chetoni al corrispondente alcol. Nel processo, i sali alcossidi risultanti sono insolubili e devono essere idrolizzati (con cautela) prima che l'alcol possa essere isolato. Nella riduzione con sodio boroidruro, il solvente (es. metanolo) compie questa idrolisi automaticamente. Nella riduzione con litio alluminio idruro, l'acqua viene solitamente aggiunta in un secondo passaggio.

Prevedere il Prodotto di un'Addizione di Idruri a un Carbonile

Durante la riduzione, il doppio legame ${\ce {C=O}}$ nel reagente diventa un legame singolo ${\ce {C-O}}$ nel prodotto. La rottura del doppio legame permette la formazione di due nuovi legami singoli nel prodotto: uno attaccato all'ossigeno (${\ce {O-H}}$) e uno al carbonio (${\ce {C-H}}$).

Predicting the products of a hydride reduction

Esempio

Reduction of benzaldehyde with sodium borohydride in methanol to give benzyl alcohol

Reduction of 2-butanone with 1. lithium aluminum hydride% 2C followed by 2. water to give 2-butanol

Meccanismo Semplificato della Riduzione dei Carbonili con LiAlH4

Nota bene: Il meccanismo reale è piuttosto complesso. Quello che segue è stato semplificato per una più facile comprensione.

1 - Attacco Nucleofilo: Lo ione idruro effettua un'addizione nucleofila al carbonio carbonilico per formare un legame singolo ${\ce {C-H}}$ e un intermedio ione alcossido tetraedrico.

2 - Protonazione: L'ione alcossido viene successivamente convertito in un alcol tramite reazione con una fonte di protoni (come l'acqua).

Hydride reduction mechanism step 2

Proprietà delle Fonti di Idruri

Le due fonti pratiche di reattività idrurica sono gli idruri metallici complessi ${\ce {LiAlH4}}$ e ${\ce {NaBH4}}$. Il litio alluminio idruro è di gran lunga il più reattivo dei due, reagendo violentemente con acqua, alcoli e altri gruppi acidi con sviluppo di idrogeno gassoso. La seguente tabella riassume alcune importanti caratteristiche di questi utili reagenti.

Confronto tra Sodio Boroidruro e Litio Alluminio Idruro

Reagente	Solenti Preferiti	Gruppi Funzionali Ridotti	Work-up della Reazione
Sodio Boroidruro (${\ce {NaBH4}}$)	etanolo; etanolo acquoso 15% ${\ce {NaOH}}$; diglyme evitare acidi forti	aldeidi → alcoli 1° chetoni → alcoli 2° inerte verso la maggior parte degli altri gruppi funzionali	Semplice neutralizzazione Estrazione del prodotto
Litio Alluminio Idruro (${\ce {LiAlH4}}$)	etere; THF evitare alcoli e ammine evitare composti alogenati evitare acidi forti	aldeidi → alcoli 1° chetoni → alcoli 2° acidi carbossilici → alcoli 1° esteri → alcoli epossidi → alcoli nitrili & ammidi → ammine alogenuri & tosilati → alcani reagisce con la maggior parte dei gruppi funzionali	Aggiunta cauta di acqua Rimozione dei sali di alluminio Estrazione del prodotto

Limiti delle riduzioni con idruri

L'aggiunta di un idruro a un chetone asimmetrico può portare alla formazione di un carbonio chirale che non è stereospecifico. L'attacco dell'idruro può avvenire sia dal lato re che dal lato si di un carbonile asimmetrico, portando a una miscela di alcoli (S) e (R). Queste reazioni possono essere controllate dal punto di vista stereochimico utilizzando diversi metodi, tra cui reagenti stereospecifici, sterici e l'effetto di un enzima durante una riduzione biologica.

Si and Re faces of hydride reduction

Reduction of 2-butanone with 1. lithium aluminum hydride% 2C followed by 2. water gives a mixture of enantiomers of 2-butanol

Reazioni Organometalliche

I metalli litio e magnesio riducono i legami carbonio-alogeno degli alogenuri alchilici per formare rispettivamente reattivi di organolitio e reattivi di Grignard. In entrambi i casi, il carbonio si lega al metallo e acquisisce caratteristiche simili a un nucleofilo carbanionico (${\ce {R:-}}$).

Examples of organolithium reagents

Examples of grignard reagents

Essendo eccellenti nucleofili, reagiscono con aldeidi e chetoni tramite addizione nucleofila. Il carbonio nucleofilo forma un legame C-C con il carbonio carbonilico elettrofilo, formando un intermedio ione alcossido che viene successivamente protonato ad alcol.

Reazione generale

Addizione a formaldeide → Alcoli primari

Addizione ad altre aldeidi → Alcoli secondari

Addizione a chetoni → Alcoli terziari

Previsione del prodotto dell'aggiunta di reagenti organometallici ad aldeidi e chetoni

Durante la reazione, il doppio legame C=O nel reagente forma un legame singolo C-O nel prodotto. La rottura del doppio legame C=O consente la formazione di due legami singoli nel prodotto. Uno sarà attaccato all'ossigeno e uno al carbonio che originariamente era nel carbonile. Il carbonio acquisirà qualsiasi gruppo R facesse parte del reagente organometallico e l'ossigeno acquisirà un “H”.

Esempi

Predicting the Product of Addition of Organometallic Reagents to Aldehydes and Ketones Example 19

Meccanismo dell'Addizione di Reattivi di Grignard ai Carbonili

1 - Formazione Complesso Acido-Base di Lewis: L'atomo di magnesio del reattivo di Grignard agisce come un acido di Lewis e si complessa con l'ossigeno carbonilico. Questo conferisce all'ossigeno una carica positiva, aumentando la polarità del legame ${\ce {C=O}}$ e la suscettibilità del carbonio all'attacco nucleofilo.

2 - Attacco Nucleofilo: Il carbanione del Grignard si addiziona al carbonio elettrofilo del complesso, formando un legame C-C. I due elettroni del ${\ce {C=O}}$ vengono spinti sull'atomo di ossigeno, formando un intermedio alcossido di magnesio tetraedrico.

3 - Protonazione: L'intermedio alcossido viene convertito in un alcol tramite l'aggiunta di una soluzione acquosa acida.

Grignard mechanism step 2

Limitazioni dei Reattivi Organometallici

I reattivi di Grignard e di organolitio sono basi potenti. Per questo motivo, non possono essere usati come nucleofili su composti che contengono idrogeni acidi, poiché reagirebbero come basi deprotonando l'idrogeno acido. Una lista parziale di gruppi funzionali incompatibili include: alcoli, ammidi, ammine 1° e 2°, acidi carbossilici e alchini terminali.

Pianificare una Sintesi di Alcoli con una Reazione di Grignard

L'addizione nucleofila di un reattivo di Grignard a un carbonile è uno strumento potente in sintesi organica perché forma un legame C-C. Spesso, ci sono più modi per sintetizzare una data molecola target, sfruttando la disconnessione retrosintetica dei legami C-C attorno all'atomo di carbonio che porta il gruppo ${\ce {-OH}}$.

Esempio: quali reagenti sono necessari per ottenere la seguente molecola utilizzando una reazione di Grignard?

Example 1 structure

Synthesis using a Grignard reaction

Approfondimento: Riduzioni Stereoselettive

Una riduzione con idruri di un chetone asimmetrico può formare una miscela di stereoisomeri R e S. Un'area importante della sintesi organica è lo sviluppo di metodi stereoselettivi che producano un solo stereoisomero. Questo può essere realizzato usando il reagente Diisopinocanfeilcloroborano (${\ce {Ipc2BCl}}$). Le due versioni di questo reagente, (+)–Ipc2BCl e (–)–Ipc2BCl, permettono di creare selettivamente un centro stereogenico R o S durante la riduzione.

Il controllo stereochimico è fondamentale, specialmente nella sintesi di farmaci, dove uno stereoisomero ha spesso proprietà biologiche diverse dall'altro. Un esempio è il farmaco Fluoxetina (Prozac), per il quale è stato dimostrato che l'isomero R ha proprietà biologiche superiori.

Addizione nucleofila di ammine - Formazione di imine ed enamine

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: scrivere le equazioni per descrivere le reazioni che avvengono tra aldeidi o chetoni e ammine primarie o secondarie. identificare il prodotto formato dalla reazione di una data aldeide o chetone con una data ammina primaria o secondaria. identificare l'aldeide o il chetone, l'ammina, o entrambi, necessari per la sintesi di una data immina o enammina. scrivere il meccanismo dettagliato per la reazione di un'aldeide o un chetone con un'ammina primaria. scrivere il meccanismo dettagliato per la reazione di un'aldeide o un chetone con un'ammina secondaria. spiegare perché la velocità di una reazione tra un'aldeide o un chetone e un'ammina primaria o secondaria è dipendente dal pH.
Termini chiave	Assicurati di poter definire e utilizzare nel contesto i termini chiave sottostanti. 2,4-dinitrofenilidrazone Enammina Immina
Note di studio	Un'immina è un composto che contiene l'unità strutturale ${\ce {C=N}}$. An imine is a compound that contains the structural unit Un'enammina è un composto che contiene l'unità strutturale ${\ce {R2N-CR=CR2}}$ (un'ammina legata a un doppio legame carbonio-carbonio). An enamine is a compound that contains the structural unit Entrambi questi tipi di composti possono essere preparati tramite la reazione di un'aldeide o un chetone con un'ammina. In laboratorio, potresti avere l'opportunità di osservare la reazione di un'aldeide e un chetone con la 2,4-dinitrofenilidrazina (reattivo di Brady) per formare un 2,4-dinitrofenilidrazone. Questo è un test classico della chimica organica per confermare la presenza di un gruppo carbonilico. La reazione produce precipitati molto colorati e brillanti di colore giallo, arancione e rosso.

L'addizione nucleofila di ammine coinvolge la reazione di ammine primarie o secondarie con composti carbonilici come aldeidi o chetoni. Questo forma immine (con ammine primarie) o enammine (con ammine secondarie), insieme ad acqua come sottoprodotto. Queste reazioni sono cruciali nella sintesi organica per costruire legami carbonio-azoto e creare vari gruppi funzionali.

Reazione con Ammine Primarie per Formare Immine

La reazione di aldeidi e chetoni con ammoniaca o ammine primarie (1°) forma derivati imminici, noti anche come basi di Schiff (composti con una funzione ${\ce {C=N}}$). Nella reazione viene eliminata acqua.

Imine formation sample reaction

Prevedere i Prodotti di una Reazione di Formazione di Immine

Durante la formazione di un'immina, l'ossigeno carbonilico viene completamente rimosso. L'azoto dell'ammina primaria reagente sostituisce l'ossigeno carbonilico per formare il legame imminico ${\ce {C=N}}$. Durante il processo, l'azoto dell'ammina primaria perde entrambi i suoi idrogeni.

Determining the product of an imine formation

Esempi di Reazioni di Formazione di Immine

Imine formation example

Imine formation example b

Meccanismo di Formazione dell'Immina

La formazione di un'immina è un processo reversibile che inizia con l'addizione nucleofila di un'ammina primaria al gruppo carbonilico. Successivamente, un trasferimento di protone forma un alcol amminico neutro chiamato carbinolammina. La protonazione acida dell'ossigeno della carbinolammina lo converte in un miglior gruppo uscente, che viene successivamente eliminato come acqua, producendo uno ione imminio. La deprotonazione dell'azoto dà il prodotto finale, l'immina.

1. Addizione Nucleofila: L'ammina attacca il carbonio carbonilico.

   

   Imine formation mechanims step 1

2. Trasferimento di Protone: Si forma la carbinolammina neutra.

   

   Imine formation mechanims step 2

3. Protonazione: L'ossigeno della carbinolammina viene protonato.

   

   Imine formation mechanims step 3

4. Eliminazione dell'Acqua: L'acqua viene eliminata per formare uno ione imminio.

   

   Imine formation mechanims step 4

5. Deprotonazione: La deprotonazione finale dell'azoto produce l'immina.

   

   Imine formation mechanims step 5

Reversibilità delle reazioni di formazione dell'immina

Reversibility of imine formation

Reazioni che Coinvolgono Altri Reagenti del Tipo ${\ce {Y-NH2}}$

Una vasta gamma di sostanze con gruppi ${\ce {-NH2}}$ può reagire con aldeidi e chetoni per produrre composti con un doppio legame carbonio-azoto. Poiché le immine sono talvolta difficili da isolare, sono stati studiati altri reagenti del tipo ${\ce {Y-NH2}}$ che danno prodotti stabili (${\ce {R2C=N-Y}}$), utili per caratterizzare i composti carbonilici di partenza.

Reaction involving other reagents

Reagenti del tipo ${\ce {Y-NH2}}$ e i loro prodotti di reazione

Reagente (${\ce {Y-NH2}}$)	Nome del Reagente	Prodotto (${\ce {R2C=N-Y}}$)	Nome del Prodotto
${\ce {H2N-OH}}$	Idrossilammina	${\ce {R2C=N-OH}}$	Ossima
${\ce {H2N-NH2}}$	Idrazina	${\ce {R2C=N-NH2}}$	Idrazone
${\ce {H2N-NHC6H5}}$	Fenilidrazina	${\ce {R2C=N-NHC6H5}}$	Fenilidrazone
${\ce {H2N-NHCONH2}}$	Semicarbazide	${\ce {R2C=N-NHCONH2}}$	Semicarbazone

Esempio: Cinnamaldeide che reagisce con idrossilammina per formare l'ossima della cinnamaldeide.

Cinnamaldehyde Reacting with Hydroxyl Amine to form Cinnamaldehyde Oxime

Esempio: Acetone che reagisce con semicarbazide per formare la semicarbazone dell'acetone.

Acetone Reacting with Semicarbazide to form Acetone Semicarbazide

La Dipendenza dal pH delle Reazioni di Formazione delle Immine

Il pH per le reazioni che formano composti imminici deve essere attentamente controllato. La velocità di formazione è generalmente massima vicino a un pH di 5 e diminuisce a pH più alti e più bassi.

Schematic variation of the rate of condensation of RNH2 with a carbonyl compound as a function of pH.

• A pH alto, non c'è abbastanza acido per protonare l'${\ce {-OH}}$ dell'intermedio e permetterne la rimozione come ${\ce {H2O}}$.
• A pH basso, la maggior parte dell'ammina reagente sarà protonata nel suo acido coniugato ammonio, diventando non nucleofila.

Chiaramente, se la coppia di elettroni non condivisa sull'azoto di RNH2 si combina con un protone, non può attaccare il carbonio carbonilico per dare l'amminoalcanolo prodotto durante il meccanismo. Quindi, ad alta concentrazione di acido (basso pH), ci aspettiamo che la velocità e l'equilibrio della reazione complessiva siano sfavorevoli.

Mechanism imine formation general

La disidratazione dell'amminoalcanolo è catalizzata dall'acido; questa reazione è normalmente veloce a valori di pH inferiori a 3-4. Quando il pH supera il valore 4, la velocità della fase di disidratazione nel meccanismo diminuisce perché richiede un catalizzatore acido. A pH 6 la disidratazione è la fase più lenta del meccanismo e a valori di pH più elevati diventa infine troppo lenta per dare una velocità di reazione complessiva utile.

Reazioni biologiche di formazione dell'immina

Gli intermedi dell'immina sono comuni nei percorsi biologici. Gli enzimi che formano legami carbonio-carbonio chiamati aldolasi spesso formano un legame imminico protonato tra un carbonio carbonilico su un substrato e l'NH3+ da un amminoacido lisina che si trova nel sito attivo dell'enzima. La reazione riportata di seguito mostra una reazione aldolasi dal ciclo di Calvin in cui il substrato contenente carbonile è il diidrossiacetone. Il ciclo di Calvin è coinvolto nei processi biochimici di fissazione del carbonio e produzione di zuccheri nelle piante.

Biological imine formation

Una volta completata la parte della reazione aldolasi che forma il legame carbonio-carbonio, il legame imminico viene idrolizzato, liberando il prodotto in modo che possa diffondersi fuori dal sito attivo e consentire l'inizio di un altro ciclo catalitico.

Reazione con Ammine Secondarie per Formare Enammine

La maggior parte delle aldeidi e dei chetoni reagisce con le ammine secondarie (2°) per dare prodotti noti come enammine (alchene + ammina). Similmente alla formazione di acetali, queste sono reazioni acido-catalizzate reversibili in cui si perde acqua. Le ammine secondarie formano un gruppo funzionale nettamente diverso perché mancano del secondo idrogeno sull'azoto necessario per la formazione dell'immina. Durante questa reazione, un idrogeno viene rimosso da un carbonio adiacente, formando un legame ${\ce {C=C}}$.

Enamine formation general reaction

Prevedere i Prodotti di una Reazione di Formazione di Enammina

Durante la formazione di un'enammina, l'ossigeno carbonilico viene rimosso. L'azoto dell'ammina sostituisce l'ossigeno. L'ammina perde il suo unico idrogeno e un idrogeno viene rimosso da un carbonio adiacente all'originale carbonio carbonilico, formando un doppio legame ${\ce {C=C}}$.

Predicting the Products of an Enamine Forming Reaction

Esempio di reazione di formazione di enammina

Enamine formation example

Example Enamine formation

Meccanismo di Formazione dell'Enammina

1. Addizione Nucleofila: L'ammina secondaria si addiziona al carbonile.

   

   Enamine formation mechanism step 1

2. Trasferimento di Protone: Si forma l'intermedio neutro carbinolammina.

   

   Enamine formation mechanism step 2

3. Protonazione: Il gruppo ${\ce {-OH}}$ della carbinolammina viene protonato, trasformandolo in un buon gruppo uscente.

   

   Enamine formation mechanism step 3

4. Eliminazione dell'Acqua: L'acqua viene eliminata per formare uno ione imminio.

   

   Enamine formation mechanism step 4

5. Deprotonazione del Carbonio-α: Una base rimuove un protone da un carbonio adiacente per formare il doppio legame dell'alchene, producendo l'enammina neutra.

   

   Enamine formation mechanism step 5

Reversibilità delle enamine

Reversibility of imine formation general reaction

Esempio

Reversibility of imine formation example

Approfondimento: Come l'Alcol Causa Cirrosi e Cancro al Fegato?

I nostri corpi sono progettati per gestire quantità limitate di alcol. Il metabolismo umano include enzimi che possono convertire l'alcol in metaboliti innocui in tre passaggi. Nel primo passaggio, un enzima chiamato alcol deidrogenasi (ADH) catalizza la conversione dell'alcol in un intermedio tossico, l'acetaldeide.

Something extra structure

L'acetaldeide è un composto carbonilico reattivo. Può formare un'immina reagendo con i gruppi amminici delle proteine e persino con il DNA, creando dei "composti di addizione" (addotti). La formazione di addotti con il DNA ne altera la struttura e aumenta le possibilità di replicazione irregolare, che è il punto di partenza del cancro. Sebbene i nostri corpi possano riparare questi danni, un accumulo sufficiente può portare a cirrosi, cancro al fegato, insufficienza epatica e morte.

Addizione nucleofila di idrazina - La reazione di Wolff-Kishner

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: scrivere un'equazione per illustrare la riduzione di Wolff-Kishner di un'aldeide o di un chetone. identificare il prodotto formato dalla riduzione di Wolff-Kishner di una data aldeide o di un chetone.
Termini chiave	Assicurati di poter definire e utilizzare nel contesto il termine chiave sottostante. Riduzione di Wolff-Kishner
Note di studio	Dopo aver studiato questa sezione, puoi aggiungere un altro metodo di riduzione dei composti organici alla tua crescente lista di reazioni di riduzione.

Le aldeidi e i chetoni possono essere convertiti in un derivato idrazonico tramite reazione con l'idrazina (${\ce {H2NNH2}}$). La formazione dell'idrazone è una variante della reazione di formazione delle immine discussa nella sezione precedente.

Hydrazone formation general reaction

Reazione con una Base e Calore per Convertire un Idrazone in un Alcano

Gli idrazoni possono essere ulteriormente convertiti nel corrispondente alcano tramite reazione con una base, solitamente idrossido di potassio (${\ce {KOH}}$), e calore. Tipicamente, viene utilizzato un solvente ad alto punto di ebollizione, come il glicole etilenico, per fornire le alte temperature necessarie affinché questa reazione avvenga. Negli esempi seguenti, il simbolo Δ rappresenta l'aggiunta di calore a una reazione. Durante questa reazione viene prodotto azoto gassoso (${\ce {N2}}$), che contiene un triplo legame ${\ce {N#N}}$ molto stabile.

Wolff kishner reaction

Entrambe le Reazioni Insieme Producono la Riduzione di Wolff-Kishner

I due passaggi discussi in precedenza possono essere combinati per fornire una reazione generale per la conversione di aldeidi e chetoni in alcani, chiamata Riduzione di Wolff-Kishner. Complessivamente, la riduzione di Wolff-Kishner rimuove l'ossigeno carbonilico sotto forma di acqua, formando un intermedio idrazone. L'idrazone subisce quindi la perdita di gas ${\ce {N2}}$ insieme alla protonazione per dare l'alcano come prodotto di reazione.

Si noti che la riduzione di Clemmensen compie la stessa trasformazione di un carbonile in un alcano, ma in condizioni acide.

Prevedere i Prodotti di una Riduzione di Wolff-Kishner

Nella riduzione di Wolff-Kishner, il gruppo carbonilico (${\ce {C=O}}$) viene completamente rimosso e sostituito da due atomi di idrogeno (un gruppo metilenico, ${\ce {CH2}}$).

Determining the product of an WK reaction

Esempi

• Conversione del Ciclopentanone in Ciclopentano

  

  Wolff kishner example

• Conversione dell'Acetofenone in Etilbenzene

  

  Acetonphenone to ethylbenzene

Meccanismo della Riduzione di Wolff-Kishner

L'idrazina reagisce con un carbonile per formare un idrazone utilizzando un meccanismo simile a quello della formazione di un'immina, discusso nella sezione precedente. Successivamente:

1. Deprotonazione: Il legame ${\ce {N-H}}$, debolmente acido, viene deprotonato da una base forte per formare l'anione idrazone. L'anione idrazone ha una struttura di risonanza che pone un doppio legame tra gli azoti e una carica negativa sul carbonio

   

   Wolff-Kishner Reduction Mechanism step 1

2. Protonazione: L'anione idrazone viene quindi protonato (dall'acqua, formatasi nel primo stadio) per formare un intermedio neutro.

   

   Wolff-Kishner Reduction Mechanism step 2

3. Seconda Deprotonazione: Un secondo legame ${\ce {N-H}}$, debolmente acido, viene deprotonato, il che causa la formazione di gas ${\ce {N2}}$ (una molecola molto stabile, che rende questo passaggio irreversibile) e un carbanione.

   

   Wolff-Kishner Reduction Mechanism step 3

4. Protonazione Finale: Nell'ultimo passaggio, il carbanione viene protonato per formare il prodotto alcano finale.

Wolff-Kishner Reduction Mechanism step 4

Addizione nucleofila di iluri (= ilidi) di fosforo - La reazione di Wittig

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: scrivere un'equazione per illustrare la formazione di un ilide (fosforano). scrivere un'equazione per illustrare la reazione che avviene tra un ilide e un'aldeide o un chetone. identificare l'alchene che risulta dalla reazione di un dato ilide con una data aldeide o un chetone. identificare l'aldeide o il chetone, l'ilide, o entrambi, necessari per preparare un dato alchene tramite una reazione di Wittig.
Termini chiave	Assicurati di poter definire e utilizzare nel contesto i termini chiave sottostanti. Betaina Reazione di Wittig Ilide (fosforano)
Note di studio	Il nome trifenilfosfina deriva come segue: il composto ${\ce {PH3}}$ è chiamato fosfina; sostituendo i tre atomi di idrogeno con gruppi fenilici si ottiene quindi la trifenilfosfina. Nota la seguente serie di nomi comuni accettati dalla IUPAC: ${\ce {NH3}}$ — ammoniaca ${\ce {PH3}}$ — fosfina ${\ce {AsH3}}$ — arsina

Ilidi di Fosforo

Un ilide è definito come un composto con cariche positive e negative su atomi adiacenti e una carica complessiva neutra. Per la reazione di Wittig si utilizza un ilide organofosforico, chiamato anche Reagente di Wittig.

Example Ylide Structures

Sebbene molti reagenti di Wittig siano disponibili in commercio, è spesso necessario crearli sinteticamente. I reagenti di Wittig possono essere sintetizzati da un sale di alchilfosfonio, creato tramite una reazione Sₙ2 tra un alogenuro alchilico e una trialchilfosfina nucleofila. Il sale di alchilfosfonio risultante ha un'acidità aumentata (pKa ~22) e può essere deprotonato usando basi forti (come n-butillitio, sodio ammide, sodio idruro e alcossidi) per creare il reagente di Wittig neutro. L'aumentata acidità è dovuta agli effetti induttivi e di risonanza stabilizzanti forniti dal fosforo adiacente alla base coniugata carbanionica.

La capacità del fosforo di contenere più di otto elettroni di valenza permette di disegnare una struttura di risonanza che forma una struttura a doppio legame chiamata fosforano. Sebbene i reagenti di Wittig siano comunemente disegnati nella forma di fosforano, la forma di ilide è spesso usata perché mostra il carbanione nucleofilo.

Ylide and Phosphorane

Meccanismo di Formazione dell'Ilide

1. Reazione Sₙ2: La coppia di elettroni solitari sulla fosfina attacca il carbonio elettrofilo di un alogenuro alchilico. Questo forma un legame P-C espellendo l'alogeno come gruppo uscente per creare un sale di alchilfosfonio.

   

   Ylide formation step 1

2. Deprotonazione: Una base forte, come l'n-butillitio, deprotona l'idrogeno acido del sale di alchilfosfonio per creare il reagente di Wittig ilidico.

   

   Ylide formation mechanism step 2

Esempio 19.11.1: Un comune reagente di Wittig è il metilentrifenilfosforano (${\ce {Ph3P=CH2}}$), che viene sintetizzato facendo reagire la trifenilfosfina con il metilbromuro, seguito da deprotonazione con n-butillitio.

Formation of methylenetriphenylphosphorane

Ylidi in sintesi

Poiché nella sintesi degli ylidi viene utilizzata una reazione SN2, i migliori risultati si ottengono con alogenuri metilici e primari. È possibile utilizzare anche alogenuri secondari, ma le rese sono generalmente inferiori. Questo aspetto deve essere tenuto in considerazione quando si pianifica un percorso sintetico che prevede l'uso di un reagente di Wittig sintetizzato.

Gli ylidi sono tipicamente basi forti e vengono protonati dall'acqua, dagli alcoli e da altri idrogeni acidi. Il contatto con l'acqua provoca la decomposizione degli ylidi fosforici in idrocarburi e ossidi di fosfina, come mostrato di seguito.

with water causes phosphorous ylides to decompose in to hydrocarbons and phosphine oxides

La Reazione di Wittig

Gli ilidi alchilidenfosforanici (Reagenti di Wittig) reagiscono con aldeidi o chetoni tramite addizione nucleofila per dare alcheni sostituiti in una reazione chiamata reazione di Wittig. Questa reazione fu sviluppata nel 1954 da Georg Wittig, che ricevette il Premio Nobel per questo lavoro nel 1979. Grazie alla sua affidabilità e ampia applicabilità, la reazione di Wittig è diventata uno strumento standard nella sintesi organica per la preparazione di alcheni.

Nella reazione di Wittig, un ilide si addiziona a un'aldeide o a un chetone per dare un intermedio eterociclico a quattro membri chiamato ossafosfetano. L'ossafosfetano si decompone spontaneamente per produrre un alchene più un ossido di fosfina. La scissione dell'ossafosfetano è esotermica e irreversibile.

Wittig reaction generic

Prevedere il Prodotto di una Reazione di Wittig

Complessivamente, l'ossigeno carbonilico di un'aldeide o di un chetone viene sostituito dal carbanione nucleofilo presente nell'ilide, mantenendo il doppio legame. In pratica, si "taglia" il doppio legame ${\ce {C=O}}$ del carbonile e il doppio legame ${\ce {P=C}}$ dell'ilide e si "incollano" insieme i due frammenti di carbonio per formare il nuovo doppio legame ${\ce {C=C}}$ dell'alchene.

Predicting the product of a wittig reaction

Esempi di Reazioni di Wittig

Example witter reaction 2

Example wittig reaction 1

Example wittig reactions

Meccanismo della Reazione di Wittig

Il passo meccanicistico iniziale per formare l'intermedio ossafosfetano sembra avvenire attraverso percorsi diversi, a seconda della struttura dei reagenti e delle condizioni sperimentali.

• Un percorso prevede una cicloaddizione [2+2] tra l'ilide e il carbonile per formare direttamente l'ossafosfetano.
• In un altro meccanismo proposto, l'ilide subisce un'addizione nucleofila al gruppo carbonilico, formando una specie intermedia dipolare con separazione di carica chiamata betaina, che successivamente subisce una chiusura dell'anello per formare l'ossafosfetano.

Il meccanismo via betaina è il seguente:

1. Attacco Nucleofilo: L'ilide attacca il carbonile, formando l'intermedio betaina.

   

   Wittig reaction mechanism step 1

2. Formazione dell'Anello: La betaina si ciclizza per formare l'anello a 4 membri dell'ossafosfetano.

   

   Wittig reaction mechanism step 2

3. Eliminazione Intramolecolare: L'ossafosfetano si decompone per dare l'alchene e l'ossido di trifenilfosfina.

   

   Wittig reactio mechanism step 3

Vantaggi della Reazione di Wittig

Un vantaggio principale della sintesi di alcheni tramite la reazione di Wittig è che la posizione del doppio legame è assolutamente fissa, a differenza delle miscele spesso prodotte dalla disidratazione di alcoli o da altre reazioni di eliminazione.

Benefits of the wittig 2

Benefits of the wittig 1

Limitazioni della Reazione di Wittig

• Una limitazione è la possibile formazione di isomeri E e Z dell'alchene. Con ilidi semplici, il prodotto è solitamente l'isomero Z, ma spesso si forma anche una quantità minore dell'isomero E.

  

  Limitations of the wittig reaction

• Il reagente di Wittig stesso deriva solitamente da una reazione Sₙ2. La formazione di ilidi con la maggior parte degli alogenuri secondari è inefficiente, e per questo motivo i reagenti di Wittig sono raramente usati per preparare alcheni tetrasostituiti.
• Tuttavia, la reazione di Wittig è robusta e può tollerare la presenza di molti altri gruppi funzionali, tra cui alcheni, anelli aromatici, eteri, alcoli e gruppi esterei.

Sintesi di Alcheni Tramite la Reazione di Wittig

Quando si utilizza l'analisi retrosintetica, è importante ricordare che i reagenti di Wittig sono comunemente preparati tramite Sₙ2. Per trovare i possibili reagenti, si scinde il doppio legame ${\ce {C=C}}$ nella molecola target per creare due pezzi. Su un pezzo si mette un ossigeno per creare il carbonile, e sull'altro si mette un ${\ce {(Ph3)P}}$ per creare il reagente di Wittig. Ci sono due combinazioni possibili. Quella il cui reagente di Wittig ha il minor numero di gruppi alchilici (cioè deriva da un alogenuro primario o metilico) sarà più facile da preparare e rappresenterà il percorso preferito.

Synthesis using a wittig

Synthesis using a wittig 2

La reazione di Wittig è comunemente usata nella preparazione di farmaci e altri prodotti chimici commerciali. La fonte alimentare di vitamina A (β-Carotene) può essere sintetizzata tramite una reazione di Wittig utilizzando due equivalenti dell'ilide e il β-ionilidenacetaldeide.

Synthesis of carotene

Addizione nucleofila coniugata ad aldeidi e chetoni α, β-insaturi

Obiettivi

Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: spiegare come il gruppo carbonilico presente nelle aldeidi e nei chetoni α,β-insaturi attivi il doppio legame carbonio-carbonio in modo che sia suscettibile all'attacco da parte di nucleofili. scrivere le equazioni per illustrare l'addizione di ammine, acqua e reagenti litio diorganocuprati ad aldeidi e chetoni α,β-insaturi. identificare il prodotto formato dalla reazione di una data ammina primaria o secondaria con una data aldeide o chetone α,β-insaturo. identificare l'aldeide o il chetone, l'ammina, o entrambi, necessari per preparare una data β-amminoaldeide o β-amminochetone. identificare il prodotto formato dalla reazione di un'aldeide o un chetone α,β-insaturo con acqua. identificare il prodotto formato dalla reazione di una data aldeide o chetone α,β-insaturo con un dato reagente litio diorganocuprato. identificare l'aldeide o il chetone α,β-insaturo, il reagente litio diorganocuprato, o entrambi, necessari per preparare un dato prodotto tramite una reazione di addizione coniugata.

Note di studio

Inizialmente questa sezione può sembrare contenere una notevole quantità di informazioni, ma gran parte del materiale è una ripetizione di un concetto chiave: come tre diversi reagenti nucleofili (ammine, acqua e litio diorganocuprati) si addizionano a un doppio legame carbonio-carbonio quando quest'ultimo è coniugato a un gruppo carbonilico. Si potrebbe essere confusi sulla designazione del prodotto dell'addizione coniugata come addotto 1,4. Questo nome si comprende meglio se si riconosce che il protone aggiunto nel secondo passaggio della reazione si lega prima all'ossigeno dello ione enolato per produrre un enolo. Quest'ultimo poi tautomerizza alla forma chetonica più stabile.

Un'importante classe di reazioni riguarda le addizioni nucleofile a un gruppo carbonilico. Come discusso, i carboni carbonilici sono elettrofili a causa della polarità del legame.

carbonyl carbons are electrophilic due to bond polarity created by resonance

Precedentemente abbiamo discusso l' addizione 1,2, in cui il nucleofilo si lega al carbonio carbonilico (posizione 1) e un idrogeno si lega all'ossigeno carbonilico (posizione 2).

Reazione di base dell'addizione 1,2

Basic Reaction of 1,2 Addition - Example 1% 2C2 addition

Un gruppo funzionale importante si crea quando un alchene è posto in coniugazione con un carbonile. Questi composti sono chiamati enoni o carbonili α,β-insaturi.

Example enone

La coniugazione trasmette il carattere elettrofilo del carbonio carbonilico al carbonio-β del doppio legame. Le forme di risonanza mostrano che l'ossigeno elettronegativo attira elettroni dal carbonio-β, rendendolo più elettrofilo di un tipico carbonio di un alchene.

Resonance structure for 1% 2C4 addition

Da ciò, è chiaro che i nucleofili possono attaccare sia il carbonio carbonilico (addizione 1,2) sia il carbonio-β dell'alchene (addizione 1,4 o addizione coniugata).

Enone Potential Map

Meccanismo di base per l'Addizione Coniugata 1,4

Nell'addizione 1,4, un nucleofilo viene aggiunto al carbonio β rispetto al carbonile, mentre un idrogeno viene aggiunto al carbonio α rispetto al carbonile. Nel complesso, il carbonile non è influenzato dall'addizione nucleofila. È importante notare che questa reazione avviene solo perché l'alchene è coniugato con un carbonile. L'utilità dell'addizione coniugata 1,4 è dimostrata dall'ampia varietà di nucleofili che possono essere aggiunti a carbonili α, β insaturi.

Example2C4 addition

Meccanismo Generale per l'Addizione Coniugata 1,4

Il meccanismo inizia con l'attacco del nucleofilo al carbonio β elettrofilo che forma un legame singolo. I due elettroni del legame pi dell'alchene vengono spinti sull'ossigeno carbonilico elettronegativo creando un enolato. Nella fase successiva l'enolato viene protonato per formare un enolo. Se il nucleofilo originale era neutro, questa aggiunta lo renderà caricato positivamente. Si verificherà un trasferimento di protoni che renderà il nucleofilo neutro e trasformerà l'enolato in un enolo. Se il nucleofilo originale era caricato negativamente, questa protonazione viene completata dall'aggiunta successiva di una fonte di protoni. Il prodotto della seconda fase del meccanismo mostra perché la reazione è chiamata addizione 1,4. Il nucleofilo si lega al carbonio β dell'alchene, che è considerato la posizione uno, e l'idrogeno si aggiunge all'ossigeno carbonilico che si trova nella posizione quattro. Nel complesso, l'addizione avviene nella posizione uno e quattro. Nella fase finale del meccanismo, l'enolo subisce un riarrangiamento per formare un carbonile durante un processo chiamato tautomerizzazione. La tautomerizzazione fa sì che l'idrogeno si sposti dall'ossigeno al carbonio β. Il processo di tautomerizzazione sarà discusso in modo più dettagliato nella Sezione 22.3.

1. Attacco Nucleofilo: Il nucleofilo attacca il carbonio-β elettrofilo. I due elettroni del legame pi dell'alchene vengono spinti fino all'ossigeno carbonilico, creando uno ione enolato.

   

   Mechanism2C4 addition step 1

2. Protonazione: L'enolato viene protonato per formare un enolo. In questo stadio intermedio, l'addizione è avvenuta in posizione 1 (il carbonio-β) e in posizione 4 (l'ossigeno), da cui il nome "addizione 1,4".

   

   Mechanism2C4 addition step 2

3. Tautomerizzazione: L'enolo si riorganizza per formare un carbonile, un processo chiamato tautomerizzazione. L'idrogeno si sposta dall'ossigeno al carbonio-α.

   

   Mechanism2C4 addition step 3

Prevedere i Prodotti di un'Addizione Coniugata 1,4

Complessivamente, l'addizione 1,4 avviene attraverso il legame doppio dell'alchene. Il legame pi viene rotto per formare due nuovi legami singoli:

• Il carbonio-α forma un legame con un idrogeno.
• Il carbonio-β forma un legame con il nucleofilo.

  

  Predicting the products of a 1% 2C4 addition

Nucleofili che aggiungono 1,4 ad α, β Carbonili insaturi

Idrossido

Example 1% 2C4 additon hydroxide

Alcoli

Example2C4 addition alcohol

Tioli

Example 1% 2C4 additon thiol

Ammine primarie

Example 1% 2C4 additon primary amine

Ammine secondarie

Example 1% 2C4 additon secondary amine

Cianuri

Example 1% 2C4 additon cyanide

HBr

Example 1% 2C4 additon HBr

Esempi

Example cyclohexenone

The synthesis of 3-(N-Methylamino)cyclohexanone

Example hetpteneone

The Synthesis of 5-Hydroxy-3-heptenone

Competizione tra Addizione 1,2 e 1,4

La scelta tra addizione 1,2 e 1,4 dipende principalmente dalla natura del nucleofilo e dalle condizioni di reazione (controllo cinetico vs. termodinamico).

Il fatto che si verifichi un'addizione 1,2 o 1,4 a un carbonile α, β insaturo dipende da molteplici variabili, ma è determinato principalmente dalla natura del nucleofilo. Durante l'addizione di un nucleofilo si verifica una competizione tra la formazione dei prodotti di addizione 1,2 e 1,4. Se il nucleofilo è una base forte, come i reagenti di Grignard o gli idruri metallici, entrambe le reazioni 1,2 e 1,4 sono irreversibili e quindi soggette a controllo cinetico. Poiché le addizioni 1,2 al gruppo carbonilico sono veloci, ci si aspetterebbe di trovare una predominanza di prodotti 1,2 da queste reazioni. Se il nucleofilo è una base debole, come l'acqua, gli alcoli o le ammine, la possibile addizione 1,2 è solitamente reversibile. Ciò significa che la competizione tra l'addizione 1,2 e 1,4 è sotto controllo termodinamico. Nella maggior parte dei casi, il prodotto dell'addizione 1,4 domina perché il gruppo carbonilico stabile viene mantenuto.

Nucleofili Forti (Controllo Cinetico → Addizione 1,2)

Se il nucleofilo è una base forte, come i reattivi di Grignard o gli idruri metallici, sia la reazione 1,2 che quella 1,4 sono irreversibili e quindi sotto controllo cinetico. Poiché l'addizione 1,2 al gruppo carbonilico è più veloce, questo prodotto predomina.

• Idruuri Metallici (${\ce {LiAlH4}}$)

  

  Example 1% 2C2 addition hydride

• Reattivi di Grignard

  

  Example 1% 2C2 addition grignard

• Reattivi di Organolitio

  

  Example 1% 2C2 addition organolithium

  Esempio

Example 1% 2C2 addition cyclopentenone

Nucleofili Deboli (Controllo Termodinamico → Addizione 1,4)

Se il nucleofilo è una base debole, come acqua, alcoli o ammine, la potenziale addizione 1,2 è solitamente reversibile. Questo mette la reazione sotto controllo termodinamico. In questo caso, il prodotto di addizione 1,4 domina perché è termodinamicamente più stabile, in quanto conserva il gruppo carbonilico. I nucleofili che tipicamente danno addizione 1,4 includono:

• Idrossido (${\ce {OH-}}$)
• Alcoli
• Tioli
• Ammine (1° e 2°)
• Cianuri (${\ce {CN-}}$)
• ${\ce {HBr}}$

Reagenti di Gilman (Litio Diorganocuprati)

I reattivi di organolitio reagiscono con ioduro rameoso (${\ce {CuI}}$) per dare un reagente litio diorganocuprato (${\ce {R2CuLi}}$), spesso chiamato Reagente di Gilman. Sebbene siano simili ai reattivi di Grignard, i reagenti di Gilman sono nucleofili "più morbidi" e, a differenza di questi, danno esclusivamente addizione coniugata 1,4 quando reagiscono con chetoni α,β-insaturi. L'uso dei reagenti di Gilman permette di addizionare una vasta gamma di gruppi organici (alchilici, arilici, alchenilici), rendendo questa reazione un metodo eccellente per formare legami C-C.

Generic gilman reagent example

Reazione generale

Example formation organocuprate generic

Esempio

Example formation of dimethylcopper

Sintesi di Chetoni Tramite Addizione 1,4 dei Reagenti di Gilman

Nell'analisi retrosintetica, questa reazione permette di considerare la formazione di un legame C-C tra il terzo e il quarto carbonio rispetto a un chetone. Per determinare i reagenti, si scinde il legame Cβ-Cγ rispetto al carbonile. Il frammento che contiene il carbonile diventerà il chetone α,β-insaturo, mentre l'altro frammento diventerà il reagente di Gilman.

Example 1% 2C4 addition organocuprate

Esempio

Example 1% 2C4 addition cyclohexenone organocuprate

Meccanismo per l'addizione coniugata 1,4 di reagenti diorganocopper al litio a chetoni α, β-insaturi

Questo meccanismo è solo leggermente diverso dal meccanismo generale per l'addizione coniugata 1,4 descritto sopra. Il meccanismo inizia con l'aggiunta dell'anione nucleofilo diorganocopper (R2Cu-) al carbonio elettrofilo β alchenico, formando un legame Cu-C. Il gruppo R dal diorganocopper viene quindi trasferito al carbonio β alchenico con eliminazione di una specie organocopper neutra (RCu). La protonazione dello ione enolato seguita dalla tautomerizzazione crea il prodotto finale dell'addizione 1,4.

Mechanism2C4 addition organocuprate

Sintesi di chetoni mediante addizione coniugata 1,4 di reagenti diorganocopper al litio a chetoni α, β insaturi

Quando si utilizza l'analisi retrosintetica per pianificare la sintesi di un chetone, è importante ricordare che questa reazione consente la formazione di un legame C-C tra il terzo e il quarto carbonio lontano dal chetone. Il gruppo carbonilico nella molecola bersaglio diventerà un carbonile α, β insaturo nel probabile reagente. Per determinare la struttura di un possibile reagente, iniziare scindendo il C-C tra il terzo e il quarto carbonio lontano dal carbonile per creare due frammenti. Prendere il frammento che conserva il carbonile e rimuovere un idrogeno dal secondo carbonio e collegare il secondo e il terzo carbonio con un doppio legame. Questo crea il reagente carbonilico α, β insaturo richiesto. L'altro frammento diventerà il reagente diorganocopper di litio. Ricordate che il reagente diorganocopper di litio contiene due dei gruppi R richiesti. Nota! Se il quarto carbonio lontano dal chetone nella molecola bersaglio è terziario o quaternario, potrebbero esserci più legami che potrebbero essere scissi in modo retrosintetico.

Synthsis usng 1% 2C4 addition of an organocuprate

Approfondimento: Perché i Metalli Hanno un Odore?

Se hai mai percepito un odore metallico maneggiando monete, specialmente di rame, probabilmente sei stato ingannato. L'odore non può provenire dal metallo stesso, poiché i metalli non sono volatili. L'odore è prodotto da una reazione chimica tra gli oli della pelle e il metallo. Questa reazione produce molecole volatili, principalmente aldeidi e chetoni, che creano l'illusione sensoriale che sia il metallo a odorare. La molecola principale è il chetone α,β-insaturo, 1-otten-3-one, che ha un odore descritto come di funghi o metallico. L'illusione nasce perché associamo l'odore di questa molecola ai metalli, e non il contrario. La stessa reazione spiega perché il sangue (che contiene ferro nell'emoglobina) produce un odore metallico a contatto con la pelle.

Structure 1-octen-3-one