Chimica organica per il liceo/Alogenuri alchilici/Approfondimenti



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10.3 Preparazione di alogenuri alchilici da alcheni - Bromurazione allilica

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: scrivere l’equazione per la bromurazione di un alchene simmetrico utilizzando N-bromosuccinimmide; prevedere il prodotto formato quando un determinato alchene simmetrico viene trattato con N-bromosuccinimmide; identificare il reagente, l’alchene simmetrico, o entrambi, necessari per produrre un alogenuro allilico mediante bromurazione allilica; elencare i seguenti radicali in ordine crescente o decrescente di stabilità: allilico, vinilico, alchilico primario, alchilico secondario, alchilico terziario, metilico; spiegare la facilità di formazione di un radicale allilico e la difficoltà di formare un radicale vinilico in termini di energie di dissociazione del legame.
Parole chiave	carbonio allilico
Note di studio	Abbiamo già discusso l’addizione elettrofila di X₂ e HX agli alcheni come via per formare alogenuri alchilici (Sezioni 7.8 e 8.2). In questa sezione introduciamo la bromurazione in posizione allilica con la N-bromosuccinimmide (NBS). Nota che, per il momento, limitiamo il nostro studio alla bromurazione allilica di alcheni simmetrici, come il cicloesene. Quando introduciamo un elemento di asimmetria, è possibile formare più di un radicale allilico; quindi, dobbiamo valutare la stabilità relativa di ciascun radicale per prevedere quale prodotto sarà predominante. Il metodo per fare questa valutazione sarà descritto nella prossima sezione.

Bromurazione Allilica

In precedenza, gli alogenuri alchilici sono stati prodotti tramite reazioni con alcheni. Gli alogenuri di idrogeno (HCl, HBr e HI) reagiscono con gli alcheni in una reazione di addizione elettrofila, discussa nella Sezione 7.8, per fornire alogenuri alchilici come prodotti. Anche il bromo (Br₂) e il cloro (Cl₂) possono reagire con gli alcheni per fornire prodotti diidrogenati, come discusso nella Sezione 8.2.

Un’illustrazione mostra la reazione di un alchene con HX per dare un alogenuro alchilico; reazione di un alchene con X₂ per dare un alcano dialogenuro.

Un altro metodo per preparare alogenuri alchilici da alcheni è l’uso della N-bromosuccinimmide (NBS) in una soluzione di tetracloruro di carbonio (CCl₄) alla presenza di luce. La reazione provoca specificamente la sostituzione di un atomo di idrogeno con un atomo di bromo su un carbonio adiacente al doppio legame – la posizione allilica.

Reazione Generale

Il cicloesene reagisce con la NBS in tetracloruro di carbonio con un catalizzatore luminoso. I prodotti sono succinimmide e 3-bromocicloes-1-ene.

Meccanismo

La bromurazione allilica con NBS è analoga alla reazione di alogena

zione degli alcani (Sezione 10.2), in quanto anch’essa avviene come reazione a catena radicalica. La NBS è il reagente più comunemente usato per produrre basse concentrazioni di bromo. Quando è sospesa in tetracloruro di carbonio (CCl₄), la NBS reagisce rapidamente con l’HBr formato durante il meccanismo di reazione, fornendo il bromo (Br₂) necessario per proseguire la reazione. Nelle condizioni corrette, la NBS fornisce una concentrazione costante ma molto bassa di Br₂ nella miscela di reazione. La bassa concentrazione di Br₂ aiuta a prevenire la formazione di sottoprodotti indesiderati.

Un’illustrazione mostra la reazione della N-bromosuccinimmide (NBS) con HBr in CCl₄ per dare succinimmide e bromo (Br₂).

Il meccanismo inizia con la formazione di una piccola quantità di radicale bromo, che estrae un idrogeno allilico per formare un radicale allilico e HBr. L’HBr può quindi reagire con NBS per formare il Br₂ necessario alla reazione. Il radicale allilico poi estrae un atomo di bromo dal Br₂ per formare il prodotto alogenuro allilico e un altro radicale bromo. Il radicale bromo prodotto permette alla reazione di continuare.

Un’illustrazione mostra il meccanismo della bromurazione.

La predominanza della sostituzione allilica rispetto ad altre posizioni si basa sulle energie di dissociazione dei legami. Un legame C–H allilico ha una forza di circa 88 kcal/mol, che è molto più debole rispetto a un tipico legame C–H alchilico (98 kcal/mol) o a un legame C–H vinilico (111 kcal/mol). Pertanto, un legame C–H allilico ha maggiori probabilità di formare un radicale libero e reagire.

Un’illustrazione mostra le energie relative dei legami: idrogeno alchilico = 98 kcal/mol, idrogeno allilico = 88 kcal/mol, idrogeno vinilico = 111 kcal/mol.

Poiché un legame C–H allilico richiede meno energia per subire scissione omolitica rispetto persino a un legame C–H terziario, si può dedurre che un radicale allilico è più stabile di un radicale terziario. L’ordine di stabilità dei radicali può essere ampliato includendo anche i radicali vinilici e allilici. La maggiore stabilità dei radicali allilici può essere attribuita alla stabilizzazione per risonanza, che sarà trattata nella prossima sezione.

Un’illustrazione mostra la stabilità dei radicali, dal meno stabile al più stabile: vinilico, metilico, primario, secondario, terziario, allilico.

10.4 Stabilità del radicale allilico - Risonanza rivisitata

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: spiegare la stabilità del radicale allilico in termini di risonanza; spiegare la differenza tra risonanza e tautomeria; scrivere un'equazione per la reazione di un alchene asimmetrico con la N-bromosuccinimmide; disegnare la struttura di ciascuno dei possibili prodotti ottenibili dalla reazione di un dato alchene asimmetrico con N-bromosuccinimmide e prevedere quale prodotto predominerà; spiegare la formazione di più di un prodotto dalla reazione tra N-bromosuccinimmide e un dato alchene asimmetrico; spiegare il rapporto tra i prodotti osservati quando un dato alchene asimmetrico è trattato con N-bromosuccinimmide.
Parole chiave	delocalizzato forme di risonanza ibrido di risonanza
Note di studio	Probabilmente hai già incontrato il concetto di risonanza se hai seguito un corso introduttivo di chimica generale. Ti consigliamo anche di rivedere brevemente la Sezione 2.5. Quando possiamo rappresentare una specie con due o più strutture di Lewis o Kekulé differenti, nessuna delle quali rappresenta la struttura reale della specie, queste strutture sono chiamate forme di risonanza. Un esempio comune usato nei corsi di chimica generale per illustrare il concetto di risonanza è l’ozono, O₃. Le due forme di risonanza dell’ozono possono essere rappresentate come segue: Forme di risonanza dell'ozono Il concetto di risonanza è molto importante e sarà utilizzato frequentemente nel resto di questo corso. Le linee guida seguenti possono aiutarti a disegnare i contributori di risonanza: La risonanza avviene ogni volta che una molecola, un radicale o uno ione può essere rappresentato da due o più strutture che differiscono solo per la disposizione degli elettroni (nessun atomo può essere spostato). La vera struttura di una specie è un ibrido dei contributori di risonanza ed è più stabile (cioè, ha energia più bassa) di ciascuno dei singoli contributori. I contributori più importanti sono quelli con il maggior numero di legami covalenti. In altre parole, i contributori più rilevanti presentano la minima separazione di carica. I contributori in cui tutti gli atomi (eccetto l'idrogeno) hanno un ottetto completo (cioè, sono circondati da otto elettroni) sono particolarmente significativi.Nella sezione precedente abbiamo discusso la bromurazione allilica di un alchene simmetrico con NBS, come il ciclopentene, che porta a un solo prodotto. La bromurazione allilica del ciclopentene con NBS% 3Alight in tetracloruro di carbonio dà 3-bromociclopent-1-ene Tuttavia, con un alchene asimmetrico e un elettrone spaiato delocalizzato che forma varie strutture alliliche di risonanza, sono possibili diversi prodotti. Ad esempio, la bromurazione con NBS del 4-metilcicloesene porta a tre prodotti. Schema di bromurazione NBS del 4-metil-cicloesene

Geometria e stabilità relativa dei radicali carboniosi

Come chimici organici, siamo particolarmente interessati agli intermedi radicalici in cui l’elettrone spaiato risiede su un atomo di carbonio. Le prove sperimentali indicano che i tre legami in un radicale carbonioso hanno geometria trigonale planare, e quindi il carbonio è considerato ibridato sp², con l’elettrone spaiato che occupa l’orbitale 2pz non ibridato e perpendicolare.

Confronta questa configurazione con quella degli intermedi carbocationici e carbanionici, che sono anch’essi planari ma i cui orbitali 2pz contengono rispettivamente zero o due elettroni.

La geometria e la stabilità relativa dei radicali del carbonio

La tendenza nella stabilità dei radicali carboniosi è parallela a quella dei carbocationi (Sezione 8.4B): i radicali terziari, ad esempio, sono più stabili di quelli secondari, seguiti da quelli primari e dai radicali metilici. Questo è intuitivo, poiché i radicali, come i carbocationi, sono carenti di elettroni e sono quindi stabilizzati dagli effetti elettron-donatori dei gruppi alchilici vicini.

I radicali benzilici e allilici sono più stabili dei radicali alchilici grazie agli effetti di risonanza – un elettrone spaiato può essere delocalizzato su un sistema di legami π coniugati. Un radicale allilico, ad esempio, può essere visto come un sistema di tre orbitali 2pz paralleli che condividono tre elettroni. Con due forme di risonanza, il radicale allilico è elettronicamente simmetrico. Secondo la teoria dell’ibrido di risonanza, nessuna delle due strutture è corretta singolarmente, ma la vera struttura è un ibrido tra le due. In altri termini, l’elettrone spaiato è delocalizzato su tutti gli atomi di carbonio del sistema π, e non localizzato in un singolo sito. Più forme di risonanza ci sono, più stabile è la molecola. È per questo motivo che il radicale allilico è più stabile del radicale alchilico.

Poiché il radicale allilico è simmetrico, una reazione può avvenire su entrambi i lati. Quindi, se reagisce con il bromo, la bromurazione può avvenire su entrambe le estremità del radicale allilico. Quando il radicale allilico è simmetrico, si ottiene lo stesso prodotto. Tuttavia, se si ha un radicale allilico asimmetrico, si otterrà una miscela di prodotti, e non necessariamente in quantità uguali. Questo perché il radicale intermedio è asimmetrico. La reazione avverrà nel sito meno ingombrato. Un esempio è l’1-ottene come materiale di partenza in una bromurazione. I prodotti della reazione saranno 3-bromo-1-ottene e 1-bromo-2-ottene.

Reazioni successive

I prodotti della bromurazione allilica possono essere facilmente convertiti in dieni tramite un'eliminazione con una base. Se la catena alchilica è abbastanza lunga, gli alcheni possono essere trasformati in dieni con un processo in due fasi: bromurazione allilica seguita da eliminazione.

Esercizio 10.4.1 1) La seguente reazione mostra il prodotto principale. Spiega perché questo è il prodotto finale e perché il prodotto bromo secondario non è il principale.

2) Prevedi i prodotti delle seguenti reazioni:

Risposta

1) Il prodotto (A) è un alogeno di 1° grado che è il prodotto più predominante nonostante il (B) avesse uno stato di transizione migliore con un radicale di 2° grado. L'intermedio radicale di 1° grado non è così stericamente ostacolato.

2)

10.5 Preparazione di alogenuri alchilici da alcoli

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: scrivere un’equazione per la conversione di un alcol in un alogenuro alchilico; elencare una serie di alcolici in ordine crescente o decrescente di reattività con gli alogenuri di idrogeno; identificare l’alogenuro alchilico formato quando un determinato alcol reagisce con cloruro di tionile, tribromuro di fosforo o un alogenuro di idrogeno; identificare l’alcol che dovrebbe essere usato per preparare un dato alogenuro alchilico utilizzando uno dei reagenti specificati nell'Obiettivo 3; selezionare il reagente più appropriato per convertire un determinato alcol in un dato alogenuro alchilico.
Note di studio	L’uso del cloruro di tionile per convertire gli alcoli in cloruri alchilici ha il vantaggio aggiuntivo che entrambi i sottoprodotti, anidride solforosa e cloruro di idrogeno, sono gas. Questa caratteristica semplifica l'isolamento e la purificazione del prodotto della reazione. In laboratorio, si può testare la presenza di alcoli con il reagente di Lucas (una miscela di acido cloridrico concentrato e cloruro di zinco). Il reagente di Lucas converte gli alcoli in cloruri alchilici: gli alcoli terziari reagiscono più rapidamente, seguiti dagli alcoli secondari; gli alcoli primari non reagiscono in modo significativo. Pertanto, il reagente di Lucas può aiutare a distinguere tra alcoli primari, secondari e terziari, passando attraverso una reazione di sostituzione.

Reazione Generale

Quando gli alcoli reagiscono con un alogenuro acido, si verifica una sostituzione che produce un alogenuro alchilico e acqua:

L'equazione di reazione per alcol più HX produce alogenuro alchilico più acqua

L'ordine di reattività degli alcoli è 3° > 2° > 1° > Metilico.

L'ordine di reattività degli alogenuri di idrogeno è HI > HBr > HCl (HF è generalmente non reattivo).

Gli alcoli terziari reagiscono ragionevolmente rapidamente con HCl, HBr o HI, ma per gli alcoli primari o secondari le velocità di reazione sono troppo lente affinché la reazione sia di grande importanza. Per le reazioni che avvengono, si fa passare HX in una soluzione di alcol per ottenere un alogenoalcano o alogenuro alchilico. La reazione mostra il t-butanolo e l’acido cloridrico che reagiscono per dare cloruro di t-butile e acqua.

Esempio

Un alcol terziario reagisce con acido cloridrico per produrre un alogenoalcano terziario e acqua.

Meccanismo

Gli alcoli secondari, terziari, allilici e benzylici sembrano reagire con un meccanismo che implica la formazione di un carbocatione, in una reazione SN1, con l'alcol protonato che funge da gruppo uscente.

Il meccanismo SN1 è illustrato dalla reazione del t-butanolo con acido cloridrico acquoso (H₃O⁺, Cl⁻). I primi due passaggi di questo meccanismo di sostituzione SN1 sono la protonazione dell’alcol per formare un ione oxonio. La protonazione dell’alcol converte un cattivo gruppo uscente (OH⁻) in un buon gruppo uscente H₂O, il che rende il passo di dissociazione del meccanismo SN1 più favorevole. Nel passaggio 3, il carbocatione reagisce con un nucleofilo (un anione alogeno) per completare la sostituzione.

I riarrangiamenti del carbocatione sono estremamente comuni nelle reazioni di chimica organica e sono definiti come il movimento di un carbocatione da uno stato instabile a uno stato più stabile tramite l'uso di vari “spostamenti” strutturali all’interno della molecola. Una volta che il carbocatione è stato spostato su un altro carbonio, possiamo dire che esiste un isomero strutturale della molecola iniziale.

Non tutte le conversioni catalizzate da acido di alcoli in alogenuro alchilico avvengono tramite la formazione di carbocationi. Gli alcoli primari e il metanolo reagiscono per formare alogenuro alchilico in condizioni acide tramite un meccanism

o SN2. In queste reazioni, la funzione dell’acido è quella di produ

rre un alcol protonato. L’anione alogeno sostituisce quindi una molecola di acqua (un buon gruppo uscente) dal carbonio; questo produce un alogenuro alchilico:

Ancora una volta, è necessario l’acido. Sebbene gli anioni alogeno (in particolare gli anioni ioduro e bromuro) siano nucleofili forti, non sono abbastanza forti da eseguire reazioni di sostituzione con alcoli non attivati (convertiti in un migliore gruppo uscente). Il diretto spostamento del gruppo idrossido non avviene poiché il gruppo uscente sarebbe un idrossido fortemente basico.

Conversione degli Alcoli in Alogeni Alchilici con SOCl₂ o PBr₃

I metodi più comuni per convertire alcoli 1º e 2º nei corrispondenti alcani clorati e bromati (cioè la sostituzione del gruppo idrossile) sono il trattamento con cloruro di tionile (SOCl₂) e tribromuro di fosforo (PBr₃), rispettivamente. Questi reagenti sono generalmente preferiti rispetto all'uso di HX concentrato a causa dell’acidità severa di questi acidi idroalogenati e dei riarrangiamenti del carbocatione associati al loro utilizzo.

Reazione Generale

Esempio

Meccanismi

Entrambi questi reagenti formano un alogenuro alchilico tramite un meccanismo SN2. Il meccanismo di entrambe le reazioni inizia convertendo l’idrossido dell’alcol in un migliore gruppo uscente tramite la formazione di un intermedio. Il cloruro di tionile crea un intermedio clorosolfito (-OSOCl₂) e il tribromuro di fosforo crea un intermedio dibromofosfito (-OPBr₂). Questi composti intermedi possono successivamente essere eliminati come gruppo uscente durante una reazione SN2 con il corrispondente anione alogeno nucleofilo. Poiché queste reazioni avvengono tramite un attacco da parte posteriore, si verifica un'inversione di configurazione al carbonio.

Cloruro di Tionile

Nota che durante la reazione con il cloruro di tionile vengono prodotti come sottoprodotti acido cloridrico (HCl) e anidride solforosa (SO₂).

Tribromuro di Fosforo

Durante questa reazione viene prodotto HOPBr₂ come sottoprodotto.

Considerazioni Steorechimiche

La reazione SN2 con il corrispondente anione alogeno nucleofilo contenuto nel meccanismo di entrambe le reazioni causa un'inversione di configurazione al carbonio.

Un'illustrazione mostra la reazione di (S)-2-pentanol con cloruro di tionile per dare (R)-2-cloropentano.

Un'illustrazione mostra la reazione di (R)-2-pentanol con tribromuro di fosforo per dare (S)-2-bromopentano.

Esercizio 10.5.1

Prevedi l’alcol necessario per la sintesi dei seguenti alogenuro:
A. 2-chloro-3-methylbutane2C5-dimethylheptane% 2C c. (3-iodobutyl)benzene

Risposta

1)

10.6 Reazioni degli alogenuri alchilici - Reagenti di Grignard

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: scrivere un'equazione che descriva la formazione di un reattivo di Grignard; fornire esempi di reattivi di Grignard ottenuti da alogenuri arilici e vinilici, oltre che da alogenuri alchilici; spiegare la reattività dei reattivi di Grignard in termini di polarità del legame carbonio-magnesio; scrivere un'equazione per la reazione di un reattivo di Grignard con un donatore di protoni, come l’acqua; prevedere il prodotto ottenuto dalla reazione tra un determinato organoalogenuro e magnesio seguita da un donatore di protoni; identificare l’organoalogenuro, i reagenti, o entrambi, necessari per preparare un determinato alcano; descrivere come un atomo di deuterio possa essere introdotto in una posizione specifica di una molecola organica tramite l’uso di un reattivo di Grignard; descrivere almeno una limitazione nell’uso dei reattivi di Grignard nella sintesi organica; scrivere un'equazione per la conversione diretta di un alogenuro alchilico in un alcano utilizzando un donatore di idruro, come l’idruro di litio e alluminio.
Parole chiave	carbanione reattivo di Grignard
Note di studio	I composti organomagnesiaci formati dalla reazione tra un alogenuro alchilico o arilico e il magnesio sono chiamati reattivi di Grignard. Come vedrai nel resto del corso, i reattivi di Grignard possono essere usati per sintetizzare un’ampia gamma di composti organici e sono estremamente utili per il chimico organico. Nella sezione introduttiva, abbiamo sottolineato che la chimica degli alogenuri alchilici è piuttosto diversa da quella degli alogenuri arilici (o vinilici). Tuttavia, sia gli alogenuri alchilici che quelli arilici reagiscono con il magnesio per formare reattivi di Grignard. La reazione di un reattivo di Grignard con D₂O (acqua pesante) è un metodo conveniente per introdurre un atomo di deuterio (D è equivalente a ²H) in una posizione specifica di una molecola. Il metillitio reagisce con l'acqua per dare metano e idrossido di litio

Formazione di Reattivi Organometallici

I metalli alcalini (Li, Na, K ecc.) e i metalli alcalino-terrosi (Mg e Ca, insieme allo Zn) sono buoni agenti riducenti, con i metalli alcalini più forti. Questi metalli riducono i legami carbonio-alogeno degli alogenuri alchilici. L’alogeno viene convertito in un anione alogenuro, mentre il carbonio si lega al metallo assumendo caratteristiche simili a quelle di un carbanione (R:⁻). Quasi tutti gli alogenuri alchilici possono subire questa reazione, inclusi: 1°, 2°, 3°, vinilici e arilici. La reattività degli alogenuri aumenta secondo l’ordine: Cl < Br < I, mentre i fluoruri solitamente non vengono utilizzati.

Molti reattivi organometallici sono disponibili in commercio, ma spesso è necessario sintetizzarli. Le seguenti equazioni illustrano queste reazioni per i metalli comunemente usati: litio e magnesio (R può essere idrogeno o gruppi alchilici in qualsiasi combinazione). Gli alchilmagnesi alogenuri descritti nella prima reazione sono chiamati reattivi di Grignard, dal chimico francese Victor Grignard, che li scoprì e vinse il premio Nobel nel 1912. I prodotti della seconda reazione sono chiamati reattivi alchil-litio. Anche gli altri metalli menzionati reagiscono in modo simile, ma i reattivi di Grignard e quelli alchil-litio sono i più utilizzati.

Sebbene le formule riportate per i reattivi di Grignard e alchil-litio riflettano la stechiometria delle reazioni e siano largamente utilizzate nella letteratura chimica, non rappresentano accuratamente la struttura reale di queste sostanze notevoli. In condizioni normali, esistono in equilibrio miscele polimeriche e altre specie complesse e associate.

Esercizio 10.6.1

Il bromuro di metile reagisce con Mg in etere per dare bromuro di metilmagnesio.

Lo ioduro di metile reagisce con Li in esano per dare metillitio.

Queste reazioni sono chiaramente reazioni di sostituzione, ma non possono essere classificate come sostituzioni nucleofile, come lo erano le precedenti reazioni degli alogenuri alchilici. Poiché il carbonio funzionale è stato ridotto, la polarità del gruppo funzionale risultante è invertita (un carbonio originariamente elettrofilo diventa nucleofilo).

Il cambiamento di polarità è evidente osservando le mappe elettrostatiche del potenziale. Nell’alogenuro alchilico, l’atomo di alogeno elettronegativo trattiene la maggior parte della densità elettronica, dando al carbonio una leggera carica positiva (in blu nella mappa). Nel reattivo di Grignard, invece, il carbonio assume una carica leggermente negativa, diventando nucleofilo (in giallo e rosso nella mappa).

Solventi adatti

È necessario usare un solvente appropriato per le reazioni che formano molecole organometalliche.

Per la formazione di alchil-litio si usano solitamente pentano o esano. L’etere dietilico può essere usato, ma il reattivo deve essere utilizzato subito dopo la preparazione a causa dell'interazione col solvente.

Per la formazione dei reattivi di Grignard sono essenziali l’etere dietilico o il tetraidrofurano (THF). Gli elettroni solitari di due molecole di etere formano un complesso con il magnesio, stabilizzando il reattivo organometallico e migliorandone la reattività.

Reattivi Organometallici Comuni

Reattivi Organometallici come Basi

Questi reagenti sono basi molto forti (i pKa degli idrocarburi saturi vanno da 42 a 50).

Sebbene i reattivi di Grignard non vengano solitamente usati come basi, i reattivi organolitio possono esserlo. Entrambi reagiscono con acqua per formare l’idrocarburo corrispondente. È per questo che è fondamentale utilizzare vetri e solventi asciutti durante l’uso di reattivi organometallici.

(immagine: metillitio reagisce con acqua per dare metano e idrossido di litio)

Infatti, la reattività dei reattivi di Grignard e di quelli alchil-litio può essere sfruttata per ottenere un nuovo metodo di conversione di un alogeno in un idrocarburo (come mostrato di seguito): l’alogenuro viene trasformato in un reattivo organometallico, che poi reagisce con acqua per formare l’alcano.

Esercizio 10.6.1

Quanto forte sarebbe una base come l’ ethylmagnesium bromide?

Queste reazioni avverrebbero?

Il bromuro di etilmagnesio reagisce con acetilene (pKa 25) per dare etano (pKa 50) e bromuro di magnesioacetilene;

Il bromuro di etilmagnesio reagisce con ammoniaca (pKa 35) per dare etano e H₂NMgBr.
Il 2-bromopropano reagisce con il magnesio in etere per dare bromuro di etilmagnesio, che poi reagisce con D2O per dare 2-deuteropropano

Risposta:

Poiché gli idrocarburi come l’etano sono acidi molto deboli (pKa = 50), il carbanione corrispondente (CH₃CH₂-) è una base molto forte. Entrambe le reazioni avverranno.

Esercizio 10.6.2

Come faresti a ottenere un composto deuterato da un alogenuro alchilico?

Risposta:

Preparando prima un reattivo di Grignard e poi esponendolo a acqua pesante (D₂O).

Reazioni di accoppiamento organometallico

Obiettivi	Dopo aver completato questa sezione, dovresti essere in grado di: scrivere un’equazione per la formazione di un alchillitio da un alogenuro alchilico; scrivere un’equazione per la formazione di un reagente di rame dialchilico di litio (reattivo di Gilman) a partire da un alchillitio e ioduro di rame(I); scrivere un’equazione per l’accoppiamento di un reagente di rame dialchilico di litio con un alogenuro alchilico (cioè una sintesi Corey-House); disegnare la struttura del prodotto formato da una sintesi Corey-House data; identificare i reagenti necessari per convertire due alogenuri organici dati in un idrocarburo specificato tramite una sintesi Corey-House.
Parole chiave	sintesi Corey-House feromone
Note di studio	Un feromone è una sostanza chimica rilasciata da membri di una specie per causare cambiamenti comportamentali o fisiologici specifici in altri membri della stessa specie. Esempi includono feromoni sessuali, di allarme e di traccia. La sintesi Corey-House ci fornisce un metodo per accoppiare due gruppi alchilici tramite la formazione di un nuovo legame carbonio-carbonio. Il prodotto di tale reazione è un alcano, e questo metodo sintetico offre una via per la preparazione di alcani asimmetrici. Il metodo fu sviluppato alla fine degli anni ’60 da E. J. Corey e Herbert House, lavorando indipendentemente presso l’Università di Harvard e il MIT. Il percorso sintetico complessivo è mostrato nella pagina successiva. Nota che R e R′ rappresentano gruppi alchilici, uguali o diversi, e X rappresenta un alogeno (preferibilmente bromo o iodio). An alkyl halide reacts with Li to give an alkyllithium% 2C which reacts with CuI to give lithium dialkylcopper. that reacts with XR' to give an alkane Per ottenere una buona resa dell’alcano, sia R′X che RX dovrebbero essere alogenuri alchilici primari. Tuttavia, la procedura sperimentale può essere modificata affinché questa sintesi possa essere effettuata utilizzando un’ampia gamma di alogenuri alchilici, arilici, vinilici, benzylici e allilici. Una trattazione dettagliata di queste modifiche è oltre lo scopo di questo corso, ma dovresti essere consapevole delle possibili limitazioni nell'uso della sintesi Corey-House. Nota: in alcuni libri di testo, i cuprati di litio diorganici sono indicati come rame dialchilico di litio, o cuprati.

Reattivi di Gilman

Un’altra reazione importante dei reagenti organometallici è lo scambio metallico. I reagenti organolitio reagiscono con ioduro rameoso per dare un reagente di rame diorganico di litio (chiamato anche cuprato diorganico), spesso noto come reatt

ivo di Gilman. Ricorda che i reagenti organolitio si formano per reazione del litio metallico con un organoalogenuro. I reagenti di rame diorganico di litio sono considerati sorgenti di nucleofili simili a carbanioni, analoghi ai reagenti di Grignard e agli organolitici. Tuttavia, la reattività dei cuprati diorganici è leggermente diversa, e questa differenza viene sfruttata in situazioni specifiche.

I reagenti diorganocuprati si ottengono dalla reazione di due equivalenti di un reagente organolitio con ioduro di rame(I) (CuI). Il reagente risultante agisce come sorgente di R:⁻.

Reazione Generale

esempio

2CH₃Li + CuI ⟶ (CH₃)₂CuLi + LiI

Reazioni di Accoppiamento con Reattivi di Gilman

I reagenti di Gilman subiscono reazioni di accoppiamento con alogenuri organici (cloruri, bromuri, ioduri) per formare un legame C–C. Durante la reazione, uno dei gruppi alchilici del reattivo di Gilman sostituisce l’atomo di alogeno nell’alogenuro organico. Questa reazione è utile nella sintesi organica poiché consente di costruire molecole più grandi da frammenti più piccoli. La maggior parte degli alogenuri alchilici, inclusi quelli arilici e vinilici, possono subire questa reazione.

Reazione Generale

Esempi

Meccanismo

Il meccanismo inizia con l’ossidazione del rame nel reattivo di Gilman da Cu⁺¹ a Cu⁺³. Perdita di elettroni consente al rame di agire come nucleofilo e partecipare a una reazione di sostituzione simile all’SN2 con l’alogenuro alchilico. L’intermedio risultante, un triorganocuprato neutro, subisce eliminazione riduttiva, riducendo Cu⁺³ a Cu⁺¹ e creando il prodotto di accoppiamento alchilico.

La Reazione di Suzuki-Miyaura

Le reazioni dei reagenti diorganocuprati con alogenuri organici sono correlate ai processi che avvengono con altri reagenti organometallici, come gli organopalladi. L'accoppiamento di Suzuki-Miyaura (o accoppiamento di Suzuki) è una reazione catalizzata da metallo, tipicamente Pd, tra un composto organoborico (acido o estere boronico, o in casi particolari trifluoroborano arilico) e un alogenuro o triflato, in condizioni basiche. Questa reazione è utilizzata per creare legami C–C, producendo sistemi coniugati di alcheni, stireni o composti biarilici.

I reagenti organopalladici sono spesso preferiti ai cuprati diorganici perché ne basta una quantità catalitica invece di un equivalente completo, rendendo la reazione meno tossica.