Функциональные производные с кратной связью C=“Э”. Часть 1. Карбонильные соединения и имины

1.

Функциональные производные с
кратной связью C=“Э”
Часть 1
Карбонильные соединения и имины
Физтех, 1 курс. Весна 2016
1

2.

Карбонильные соединения
O
H 3C
CH 3
O
O
H 3C
O
R-C(O)-R'
R-NH 2
RCH 2OH
Физтех, 1 курс. Весна 2016
RCOOH
-
Br
H 3C
O
2

3.

Карбонильные соединения
Электрофильность
Стабильность
Физтех, 1 курс. Весна 2016
3

4.

Карбонильные соединения
4
C(sp2)-H альдегидов еще больше
дезэкранирован, чем в алкенах 9-10
м.д. КССВ 3J<3 Гц
a-CH протоны поглощают при 2-2.5
м.д. Для метилкетонов характерен
синглет 3H при 2.1 м.д.
В 13С-ЯМР карбонильный углерод
сильно дезэкранирован и поглощает
в диапазоне 190-215 м.д.
Физтех, 1 курс. Весна 2016

5.

Карбонильные соединения
5
Физтех, 1 курс. Весна 2016

6.

Moskene – мускус кетон
А.Е. Чичибабин, 1932
Физтех, 1 курс. Весна 2016

7.

Linda B. Buck & Richard Axel NPPM, 2004
Генезис обоняния:
Физтех, 1 курс. Весна 2016

8.

Карбонильные соединения, ФС
Основность
Кислотность α-С-Н связей
Енол является на несколько порядков более сильной О-Н кислотой, чем кетон С-H
кислотой. Соотношение кетонной и енольной форм прямо пропорционально отношению
величин рКа двух этих форм, т.е. обратно пропорционально кислотности двух форм. Чем
более слабой С-H кислотой является кето-форма, тем выше ее содержание в смеси двух
таутомеров.
Физтех, 1 курс. Весна 2016
8

9.

Карбонильные соединения, ФС
Альдегиды – более реакционноспособные соединения чем
кетоны в реакциях нуклеофильного присоединения
Более высокая реакционная способность альдегидов связана с:
а) отсутствием стерических препятствий для атаки нуклеофильного агента
б) более высокой термодинамической стабильностью кетонов по сравнению с
альдегидами
1) гиперконъюгация σ-связи С-Н-α-углеродного атома и частично
пустой p-орбитали карбонильного углерода
приводит к делокализации
заряда
2) (+I)-эффект алкильной группы при карбонильном атоме
углерода также приводит к делокализации
положительного
заряда по цепи углеродных связей
Физтех, 1 курс. Весна 2016
9

10.

Карбонильные соединения
С=С
нуклеофильное
присоединение
электрофильное
1)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
10

11.

Карбонильные соединения
Механизм AdN
Bürgi–Dunitz angle
Физтех, 1 курс. Весна 2016
11

12.

Карбонильные соединения
AdN реакции КС (примеры)
1) Гидратация (O-нуклеофилы)
2) Алкоголиз - деалкаголиз
обрат. р-я:
Физтех, 1 курс. Весна 2016
12

13.

Карбонильные соединения
AdN реакции КС (примеры)
2) Алкоголиз - деалкаголиз
3) сульфонилирование-десульфонилирование (S-O нуклеофилы)
обрат. р-я:
Физтех, 1 курс. Весна 2016
13

14.

Карбонильные соединения
AdN реакции КС (примеры)
4) присоединение цианидов
Карл Вильгельм Шееле
(1742-1786)
5) присоединение N-нуклеофилов
Физтех, 1 курс. Весна 2016
14

15.

Карбонильные соединения, ХС
6) Реакция Виттига
Физтех, 1 курс. Весна 2016
15

16.

Карбонильные соединения
AdN реакции КС (примеры)
5) присоединение N-нуклеофилов
6) присоединение S-нуклеофилов
слабая С-Н кислота
(рКа= 31)
или CH2=O
Физтех, 1 курс. Весна 2016
16

17.

Elias James Corey (1928)
Daniel Swern
(1916 –1982)
Lewis Hastings Sarett
(1917-1999)
Sir Ewart Ray Herbert Jones
(1911-2002)

18.

Карбонильные соединения, ПЛ
окисление спиртов
реагент Кори, пиридинийхлорхромат
Реагенты: Сверна,
Кори, Джонса,
Саррета-Коллинза,
MnO2
озонолиз алкенов
Физтех, 1 курс. Весна 2016
18

19.

Карбонильные соединения ПЛ
Реакции гидроборирования, окисления
Sia2BH
CH3(CH2)3C CH
ТГФ, 0 °С
CH3(CH2)3
CH3(CH2)3
H
C C
H
BSia2
1) NaOH
2) pH 7 - 8; H2O2
H
C C
H
CH3(CH2)3CH2CHO
OH
(88%)
енол
Реакция Кучерова
Физтех, 1 курс. Весна 2016
19

20.

Карбонильные соединения ПЛ
использование диалкилкупратов лития
восстановление сложных эфиров комплексными гидридами
Реакция Розенмунда-Зайцева (иногда добавляют каталитические яды)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
20

21.

Карбонильные соединения ,ПЛ
Синтез через 1,3-дитиан
пиролиз солей карбоновых кислот
Физтех, 1 курс. Весна 2016
21

22.

Карбонильные соединения, ХС
Восстановление по Кижнеру-Вольфу
Восстановление по Клемменсену
В основном используется для восстановления кетонов
Физтех, 1 курс. Весна 2016
22

23.

Карбонильные соединения, ХС
Восстановление карбонильных соединений.
Боргидрид натрия и алюмогидрид лития.
присутствие
Физтех, 1 курс. Весна 2016
23

24.

Карбонильные соединения, ХС
Реакция карбонильных соединений с магний- и
литийорганическими соединениями
Физтех, 1 курс. Весна 2016
24

25.

Карбонильные соединения, ХС
Окисление карбонильных соединений.
Методы окисления альдегидов
Реакция «серебрянного зеркала», реагент Толленса
или
разбавленная
НNO3
Физтех, 1 курс. Весна 2016
25

26.

Карбонильные соединения, ХС
Окисление кетонов
или НNO3
Физтех, 1 курс. Весна 2016
26

27.

Карбонильные соединения, ХС
Реакция Канниццаро
Формальдегид легче присоединяет гидрид-ион, так как δ+ на углероде
карбонильной группы в ароматичеких альдегидах понижена
Физтех, 1 курс. Весна 2016
27

28.

Карбонильные соединения
Реакция Байера-Виллигера
По способности к миграции группы располагаются в следующем ряду
Н > С6Н5 > (СН3)3С > (СН3)2СН > RCH2 >> СН3.
Физтех, 1 курс. Весна 2016
28

29.

Карбонильные соединения, ХС
Перегруппировка Бекмана
Секстетная
перегруппировка
или минеральная кислота
Физтех, 1 курс. Весна 2016
29

30.

Карбонильные соединения, ХС
Кислотность α-С-Н связей в карбонильных соединениях
Катализ основанием
Катализ кислотой
Физтех, 1 курс. Весна 2016
30

31.

Карбонильные соединения, ХС
Енолят-ионы - структура
Делокализации отрицательного заряда в енолят-ионе
между α-углеродным атомом и атомом кислорода,
причем наибольшая доля заряда сосредоточена на более
электроотрицательном, менее поляризуемом и более
жестком атоме кислорода. Углеродный центр является
более поляризуемым, мягким центром енолят-иона.
Физтех, 1 курс. Весна 2016
31

32.

Карбонильные соединения , ХС
Мягкие электрофильные агенты атакуют мягкий углеродный центр, а жесткие
электрофильные агенты - жесткий кислородный центр енолят-иона.
К мягким электрофильным агентам относятся: галогены, NBS, алкилбромиды,
алкилиодиды. К жестким электрофильным агентам относятся ацилгалогениды,
триалкилгалoгeнсиланы, алкилсульфонаты.
Атом кислорода енолят-иона стерически более доступен электрофильной атаке, чем его
углеродный центр.
Неопентилхлорид вследствие стерических затруднений алкилирует енолят-ионы только по
атому кислорода.
Протонные растворители – С-алкилирование, апротонные – возможно О-алкилирование (в
случае апротонных р-телей атом О енолята несольватирован)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
32

33.

Карбонильные соединения, ХС
Использование енаминов в синтезе
Енамины изоэлектронны енолят-ионам
Алкилирование и
ацилирование енаминов
Физтех, 1 курс. Весна 2016
33

34.

Карбонильные соединения, ХС
Рацемизация. Дейтерообмен
Физтех, 1 курс. Весна 2016
34

35.

Карбонильные соединения, ХС
Галогенирование карбонильных соединений
Физтех, 1 курс. Весна 2016
35

36.

Карбонильные соединения, ХС
Альдольная конденсация в кислой и щелочной среде
Необходимое условие – наличие a-атома водорода
Физтех, 1 курс. Весна 2016
36

37.

Карбонильные соединения, ХС
Механизм, катализ АКК основанием
Физтех, 1 курс. Весна 2016
37

38.

Карбонильные соединения, ХС
Механизм, катализ АКК основанием (E1cB)
Механизм, катализ АКК кислотой
Физтех, 1 курс. Весна 2016
38

39.

Карбонильные соединения, ХС
Механизм, катализ АКК кислотой
карбонильная
компонента
метиленовая
компонента
39
В кислой среде практически невозможно остановить реакцию на стадии образования
альдоля и конечным продуктом оказывается α,β−ненасыщенный альдегид – продукт его
дегидратации
39
Физтех, 1 курс. Весна 2016

40.

Карбонильные соединения
Направленные конденсации
Физтех, 1 курс. Весна 2016
40

41.

Карбонильные соединения, ХС
Реакция Манниха
основание Манниха
Физтех, 1 курс. Весна 2016
41

42.

Карбонильные соединения, ХС
Реакция Кневенагеля
Реакция Перкина
Бензоиновая конденсация
Физтех, 1 курс. Весна 2016
42

43.

Нн Карбонильные соединения, ПЛ
Строение α,β-непредельных альдегидов и
кетонов
Физтех, 1 курс. Весна 2016
43

44.

Нн Карбонильные соединения, ПЛ
Прочие методы:
1. Пиролиз оснований Манниха;
2. Винилкуприрование RC(O)Cl;
3. Р-я.Кондакова;
Физтех, 1 курс. Весна 2016
44

45.

Нн Карбонильные соединения, ХС
Реакции α,β-непредельных альдегидов и
кетонов
1,2-(прямое) присоединение
1,4-(сопряженное) присоединение
Физтех, 1 курс. Весна 2016
45

46.

Нн Карбонильные соединения, ПЛ
Бензохиноны
Физтех, 1 курс. Весна 2016
46

47.

Карбонильные соединения, ХС
Бензохиноны
Физтех, 1 курс. Весна 2016
47

48.

Нн Карбонильные соединения, ХС
Бензохиноны
Физтех, 1 курс. Весна 2016
48

49.

Нн Карбонильные соединения, ХС
Физтех, 1 курс. Весна 2016
49

50.

Нн Карбонильные соединения, ХС
Присоединение аминов
Сопряженное присоединение енолят-ионов по Михаэлю
Физтех, 1 курс. Весна 2016
50

51.

52.

Д он оры и ак ц епт ор ы
М и х а эл я

53.

А к т ивац ия ад енил ат ци кл азы
воздействие на клеточную мембрану

54.

55.

Нн Карбонильные соединения, ХС
Аннелирование по Робинсону – каскад реакций Михаэля+АКК
Физтех, 1 курс. Весна 2016
55

56.

Нн Карбонильные соединения, ХС
Аннелирование по Робинсону – каскад реакций Михаэля+АКК
Me
(EtOOC)2CH2
+
EtOOC
Me
Me
EtONa
EtOH
O
Me
Me
O
EtOOC
O
OEt
Me
O
EtOOC
EtO
(-EtO )
Me
O
Me
O
Физтех, 1 курс. Весна 2016
O
OH
EtOOC
Me
Me
Me
O Na
Me
EtONa
O
OEt
EtOOC
Me
COOEt
Me
HCl - H2O, Δ
O
(-CO2, -EtOH)
Me
O
Me
димедон (67-85%)
Р. Шрайнер, Х. Тодд, Синтезы органических
препаратов, сб. 2, ИЛ, М., 1949, с. 220
56

57.

Нн Карбонильные соединения, ХС
Присоединение металлоорганики
LiR – 1,2-присоединение
купраты – 1,4-присоединение
Физтех, 1 курс. Весна 2016
57

58.

Нн Карбонильные соединения, ХС
1,2-присоединение
Физтех, 1 курс. Весна 2016
58

59.

Нн Карбонильные соединения, ХС
Восстановление
Физтех, 1 курс. Весна 2016
59

60.

Карбонильные соединения, ХС
Галоформная реакция
Физтех, 1 курс. Весна 2016
60

61. Коротко о главном

1. Кетоны и альдегиды кислородсодержащий промежуточный класс
(между спиртами и кислотами) реакционноспособных органических
соединений.
2. Для карбонильной функции характерны реакции протекающие по
механизмам AdN, SE
3. Широкий спектр превращений для КС (в том числе «автореакций»)
составляют реакции конденсации и диспропорционирования.
4. Для оксимов и кетонов используют (две) реакции перехода к
карбокси-производным (амидам и сл.эфирам) через
перегруппировки Бекмана и Байера-Виллигера.
5.
a,b-Непредельные КС - основные продукты АК-конденсаций
исходные для создания алициклических полифункциональных КС
через каскад реакций аннелирования
Физтех, 1 курс. Весна 2016
61

62. Основные понятия

Для реакции карбонильной группы основной путь
лежит через «тетраэдрический интермедиат».
Относительная устойчивость гем-дизамещенных
аминов, спиртов, эфиров, сульфидов.
AdN – атака внешнего нуклеофила зависит от
природы субстрата и конкурирует с
термодинамически-выгодным процессом депротонирование – автоконденсация (АКК).
Амбидентная природа енолята и a,b- енонов
согласуется с общими принципами теории ЖМКО
Физтех, 1 курс. Весна 2016
62