ALDEHIDI I KETONI
Značaj aldehida i ketona
Sinteza polimera
formaldehid → fenol-formaldehidne smole
Sinteza plastifikatora
butiraldehid → 2-etilheksanol
Sinteza sirćetne kiseline
acetaldehid
Sinteza alkohola
Sastojci parfema
Aldehidi C7-C14
Rastvarači
Šećeri (ugljeni hidrati)
1
Struktura
Aldehidi su jedinjenja opšte formule RCHO
Ketoni su jedinjenja opšte formule RR‘CO
R i R‘ mogu biti alifatične ili aromatične grupe
osim kod HCHO (R=H)
karbonilna grupa
H
H
C O
R'
C O
H
C O
R
R
keton
aldehidi
Struktura karbonilne grupe
δ+ δ _
C O
R'
120 o
R
120 o
C i O su sp2 hibridizovani
p orbitala
R'
R
.
C :
.
..
O .
.
sp2 orbitala
2
Struktura karbonilne grupe
Elektroni C=O drže zajedno atome različite
elektronegativnosti
π–oblak je pomaknut više ka elektronegativnijem O.
C=O veza karbonilne grupe je POLARIZOVANA –
delimično "+" šarža (δ+) je na C, a delimično "–"
šarža (δ–) je na O
C je ELEKTROFILAN, a O je NUKLEOFILAN i SLABO
BAZAN!!!
δ + δ ._
.
C O. .
+
..
O
..
C
C
polarizovana veza
.. _
O
.. :
elektrofilan
nukleofilan i
slabo bazan
Nomenklatura-Aldehidi
1) Uobičajena (trivijalna) imena aldehida su
izvedena iz uobičajenog imena karboksilne kiseline
koja nastaje oksidacijom dotičnog aldehida,
zamenom kiselinskog završetka izrazom "aldehid."
Položaj supstituenata u odnosu na aldehidnu grupu
se označava grčkim slovima: α, β, γ, δ itd.
α
H
CH3CH2CH2CHC O
CH3
α-metilvaleraldehid
2-metilpentanal
H
β
CH3CH2CHCH2C O
CH3
β-metilvaleraldehid
3-metilpentanal
γ
H
CH3CHCH2CH2C O
CH3
izokaproaldehid
γ-metilvaleraldehid
4-metilpentanal
3
Nomenklatura-Aldehidi
2) IUPAC–ovom nomenklaturom aldehidi se
tretiraju kao derivati alkana – ALKANALI.
Imenu alkana (najduži niz C–atoma u kome
se nalazi aldehidna grupa CHO) dodaje se
nastavak "al".
Položaj supstituenata u odnosu na aldehidnu
grupu se označava brojevima.
Karbonilni C–atom je uvek C–1!!!
Jedinjenja kod kojih je –CHO grupa vezana
direktno za prsten, nazivaju se
KARBALDEHIDI.
Nomenklatura-Aldehidi
O
O
C
H
C
CH3
H
metanal
(formaldehid)
O
H
CH3CH2
etanal
(acetaldehid)
5
γ
4
β
3
γ
α
2
1
H
2-metilpentanal
(α-metilvaleraldehid)
Cl
β
O
α
CH3CH2CH2CHO
4
3
H
propanal
(propionaldehid)
O
δ
C
2
4-hlorbutanal
(γ-hlorbutiraldehid)
1
CH2CH
2-feniletanal
(fenilacetaldehid)
4
Nomenklatura-Aldehidi
O
C
H
H
C
CHO
O
OH
cikloheksankarbaldehid
OH
5
6
4
benzenkarbaldehid
(benzaldehid)
O
2-hidroksibenzenkarbaldehid
(o-hidroksibenzaldehid
salicilaldehid)
H
O
O
3
2
1
H
(E)-3-hidroksi-4-metil-4-heksenal
H
H
pentandial
O
propenal
(akrolein)
Nomenklatura-Ketoni
1) Uobičajena (trivijalna) imena ketona: prvo
se navode 2 supstituentske grupe (alkil- ili aril-),
a zatim se na kraju doda reč "keton".
Imena fenil-ketona (karbonilna grupa je vezana
direktno za benzenovo jezgro) završavaju se
nastavkom "fenon".
5
Nomenklatura-Ketoni
2) IUPAC–ovom nomenklaturom ketoni se
tretiraju kao derivati alkana – ALKANONI.
Najduži niz se numeriše tako da karbonilna
grupa ima najmanji mogući broj, bez obzira
na prisustvo ostalih supstituenata ili grupa
manjeg prioriteta.
Ciklični ketoni su CIKLOALKANONI.
Karbonilni C–atom u prstenu je uvek C–1!!!
Nomenklatura-Ketoni
O
CH3
C
CH3
2-propanon
(dimetil-keton)
(aceton)
1
OH
4
3
2-hidroksi-5-metilciklopentanon
4
5
2
3
3-metil-2-butanon
(izopropil-metil-keton)
2
5
6
CH3CHCCH3
O
H3C
O
H3C O
1
Cl
(Z)-5-hlor-4-heksen-2-on
O
O
OH
CH2CCH3
1-fenil-2-propanon
(benzil-metil-keton)
8
7
3
6
5
4
2
1
7-hidroksi-4-oktin-3-on
6
Nomenklatura-Ketoni
O
O
O
C
C
CH3
1-feniletanon
(acetofenon)
CH2CH2CH3
1-fenil-1-propanon
(propiofenon)
O
5'
C
1-fenil-1-butanon
(n-butirofenon)
2
NO2
3
1
4
1'
4'
difenilmetanon
(benzofenon)
O
6'
3'
2'
6
5
(4-metilfenil)(3-nitrofenil)metanon
(3-nitro-4'-metilbenzofenon)
Nomenklatura
Ako osnovno jedinjenje sadrži funkcionalnu
grupu koja ima veći prioritet:
kao supstituent –CHO grupa se zove "formil"
kao supstituent C=O grupa se zove " okso "
Aldehidna grupa (–CHO) ima manji prioritet
od karboksilne grupe (–COOH)!!!
Sistematsko ime fragmenta RCO- je
"alkanoil".
Za CH3CO- IUPAC zadržava uobičajeno ime
"acetil".
7
Nomenklatura – prioriteti f.g.
Klasa jedinjenja
Sufiks
Prefiks
Primer
Karboksilne kiseline
-ska kiselina
karboksi-
propanska kiselina
Aldehidi
-al
formil-
propanal
Ketoni
-on
okso-
propanon
Alkoholi
Fenoli
-ol
hidroksi-
propanol
Tioli
-tiol
merkapto-
propantiol
Amini
-amin
amino-
1-propanamin
Etri
-etar
alkoksioksa-
dimetil-etar
Sulfidi
-sulfid
alkiltiotia-
dimetil-sulfid
Alkeni
-en
alkenil-
propen
Alkini
-in
alkinil-
propin
Halogenidi
-halogenid
halo-
2-brompropan
-----
Nitro
-an
Alkani
nitro-
2-nitropropan
alkil-
propan
Nomenklatura
CHO
CHO
CHO
4
3
4
3
3
2
1
2
2
SO3H
1
1
COOH
COOH
3-formilbenzensulfonska kiselina
4-formilcikloheksankarboksilna kiselina
O
4-formilbenzenkarboksilna kiselina
O
CHO
4
4
3
CH2CCH3
3
2
2
1
COOH
4-okso-2-cikloheksenkarboksilna kiselina
1
COOH
4-formil-3-(2-oksopropil)benzenkarboksilna kiselina
8
Nomenklatura
O
4
O
O
3
2
1
O
3
2
1
H
O
3-oksobutanal
CCH2CH3
3
CCH3
2
1
COOH
CHO
COOH
2-acetil-3-oksociklopentankarboksilna kiselina
2-formil-3-propanoilcikloheksankarboksilna kiselina
Fizička svojstva
Zbog karbonilne grupe aldehidi i ketoni su polarna
jedinjenja
imaju više tk od nepolarnih jedinjenja iste M.M.
Ne grade intermolekulske vodonične veze
imaju niže tk od alkohola i karboksilnih kiselina
Jedinjenje
CH3CH2CH2CH2 OH
tk, °C
118
CH3CH2CH2CHO
76
O
CH3CCH2CH3
80
CH3CH2CH2CH2CH3
36
Niži aldehidi i ketoni su rastvorni u vodi
zbog stvaranja vodoničnih veza sa molekulima
vode
granica rastvorljivosti je kod jedinjenja sa 5 C
atoma
9
Fizička svojstva
t.t., oC
tk, oC
rastvorljivost,
g/100 g H2O
formaldehid
-92
-21
v.r.
acetaldehid
-121
20
bes.
propionaldehid
-81
49
16
n-butiraldehid
-99
76
7
n-kaproaldehid
131
s.r.
fenilacetaldehid
194
s.r.
benzaldehid
-26
178
0,3
salicilaldehid
2
197
1,7
t.t., oC
tk, oC
rastvorljivost,
g/100 g H2O
aceton
-94
56
bes.
etil-metil-keton
-86
80
26
2-pentanon
-78
102
6,3
3-pentanon
-41
101
5
2-heksanon
-35
150
2,0
124
s.r.
Fizička svojstva
3-heksanon
acetofenon
21
202
benzofenon
48
306
10
Dobijanje aldehida i ketona
Oksidacija alkohola
Hidroliza geminalnih dihalogenih derivata
Ozonoliza alkena
Hidratacija alkina
Redukcija hlorida kiselina
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
Formilovanje po Gattermann–Koch–u
Oksidacija alkohola
RCH2
OH
1o
R
R C OH
H
R
PCC
C O
CH2Cl2
ili
K2Cr2O7/H2SO4
ili
CrO3/H2SO4
H aldehid
C O
R keton
R može biti alkil- ili aril-grupa
R C OH
H
2o
KMnO4/H2SO4
CrO3 +
R
2o
R
PCC katalizator =
+
N
H
+ HCl
N
O
_
O Cr Cl
O
piridinijum-hlorhromat
Cr(VI)-reagens je selektivan
ne oksiduje C C i C C veze
R
C O
R keton
11
Oksidacija alkohola
piridinijum-hlorhromat
CH3CH2CH2CH2OH
CH2Cl2
CH3CH2CH2CHO
1-butanol
butanal
1o
K2Cr2O7, H2SO4
H
O
OH
mentol
2o
menton
monoterpeni - sastojci ulja nane
Terpeni
Terpeni (i terpenoidi) predstavljaju najbrojniju
grupu sekundarnih metabolita biljaka.
Terpenoidi su kiseonični derivati terpena.
Poseduju značajnu fiziološku aktivnost,
nosioci su lekovitosti droga kao i nosioci
mirisa.
Komponente etarskih ulja
složene smeše prirodnih proizvoda jakog
mirisa dobijenih iz raznih delova biljaka
prijatnog su mirisa,
potpuno isparavaju i
ne ostavljaju mrlje na papiru
12
Oksidacija alkohola
CH3CH2
OH
1o
etanol
H3C
K2Cr2O7/H2SO4
C O
ili
CrO3/H2SO4
H
etanal
(acetaldehid)
tk = 78 oC
tk = 20 oC
Nastali ALDEHID se mora kontinualno izvoditi iz
reakcione smeše.
(voda prouzrokuje dalju oksidaciju, do
karboksilne kiseline)
Hidroliza geminalnih dihalogenih
derivata
Cl
H2O
R C R' (H)
OH
R C R' (H)
Cl
Br
CH2Cl
Cl2
p-bromtoluen
CHCl2
Cl2
H2O
CHO
hν
benzil-hlorid
CH3
keton
ili
aldehid
geminalni diol
hν
toluen
O
R C R' (H)
OH
R, R' može biti
alkil- ili aril-grupa
CH3
- H2O
Cl2, ∆
Br
benzal-hlorid
CHCl2
CaCO3, H2O
benzaldehid
Br
CHO
p-brombenzaldehid
13
Ozonoliza alkena
C C
+
C
O3
O
H2 O, Zn
C
C O
O C
+
O O
alken
ozon
CH3CH2CH
ozonid
CH2
aldehidi i ketoni
CH3CH2
1) O3
H
C O
2) H2O, Zn
+ O C
H
1-buten
H
metanal
(formaldehid)
propanal
CH3
O
1) O3
2) H2O, Zn
1-metilcikloheksen
CH3C
(CH2)4
CHO
Videti alkene!
6-oksoheptanal
Hidratacija alkina
C
C
+
HgSO4/H2SO4
H2O
alkin
Markovnikov-ljeva
adicija
CH3C CH +
H2O
H
C C
C C
H OH
H O
vinil-alkohol
ENOL-oblik
(nestabilan)
KETO-oblik
(stabilan)
HgSO4/H2SO4
O
CH3CCH3
O
CH3C CCH2CH3 +
2-pentin
H2O
Videti alkine!
2-propanon
(aceton,
dimetil-keton)
propin
HgSO4/H2SO4
O
CH3CH2CCH2CH3 + CH3CCH2CH2CH3
3-pentanon
2-pentanon
14
Redukcija hlorida kiselina
R
COCl
ili
Ar
LiAlH(OBu-t)3
COCl
R
H
H
C O ili Ar
C O
litijum-tri-(terc-butoksi)aluminijum-hidrid
hlorid kiseline
O2N
aldehid
LiAlH(OBu-t)3
COCl
O2N
CHO
p-nitrobenzaldehid
p-nitrobenzoil-hlorid
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
Reakcija elektrofilne aromatične supstitucije
(EAS) – supstitucija H–atoma iz aromatičnog prstena
alkanoil- (acil-) grupom (alkanoilovanje)
O
O
H
+
benzen
RCCl
AlCl3
C
R
(EAS)
alkanoil-hlorid
+
HCl
+
HCl
1-fenilalkanon
O
O
H
+
benzen
AlCl3
C
CH3CCl
etanoil-hlorid
(acetil-hlorid)
CH3
1-feniletanon
(acetofenon)
15
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
O
O
H
R C
+
O
R C
C
AlCl3
O
benzen
R
+
(EAS)
RCOOH
1-fenilalkanon
anhidrid
karboksilne
kiseline
AlCl3
COCl +
+ HCl
C
O
benzofenon
AlCl3
(CH3CO)2O +
H3C
+ CH3COOH
C
O
acetofenon
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
Faza 1: nastajanje acilijum-jona iz alkanoil-
halogenida
+ AlCl3
:O
..
R C Cl
.. :
:O:
..
R C Cl
.. : +
AlCl3
:O:
kompleks
Lewis-ova
kiselina
+ ..
Cl
.. AlCl3
R C
izomerni kompleks
(disocijacija)
+
RC
Faza 2: elektrofilni napad
H
+
+
RC
..
O
..
RC
+
O:
+
acilijum-jon
..
: Cl
..
AlCl3
.. sporo
O
..
elektrofil
nukleofil
+
+
H
H
CR
CR
CR
O
O
O
+
H
H
+
CR
O
intermedijarni
cikloheksadienil katjon
(σ kompleks)
16
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
Faza 3: deprotonovanje
O
H
+
R
C
O
+
..
: Cl
..
AlCl3
C
brzo
1-fenilalkanon
(fenil-keton)
R
+ HCl + AlCl3
Da bi se reakcija odigrala do kraja
neophodno je uzeti najmanje
1 ekvivalent katalizatora!
Nastali fenil-keton kompleksira sa AlCl3.
Obradom reakcione smeše vodom oslobaña se
keton:
+ AlCl3
:O
:O :
C
R
CR
+
AlCl3
1-fenilalkanon
(fenil-keton)
+
H , H2O
:O :
C
R
+ Al(OH)3 + HCl
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
Reakcija nije praćena poliacilovanjem
(polialkanoilovanjem):
alkanoil- (acil-) grupa je elektron–privlačna
(–I, –R) pa dezaktivira aromatičan prsten i
štiti ga od dalje supstitucije,
nastali fenil-keton kompleksira sa
katalizatorom.
Reakcija nije moguća na aromatičnom
prstenu koji je više dezaktiviran nego u
slučaju aril-halogenida.
17
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
O 2N
AlCl3
O2N
O
COCl
(3-nitrofenil)fenilmetanon
3-nitrobenzoil-hlorid
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
O2N
O2N
COCl
CH3
PCl5
KMnO4
COOH
COOH
18
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
+
O2N
COCl
AlCl3
nema reakcije
Nitrobenzen se koristi kao rastvarač u reakcijama F-C acilovanja!
Friedel–Crafts–ovo alkilovanje
H
+ CH3CH2CH2
benzen
propil-hlorid
Cl
CH(CH3)2
AlCl3
(EAS)
(G.P.)
izopropilbenzen
+
CH2CH2CH3
propilbenzen
Ograničenja Friedel–Crafts–ovog alkilovanja:
premeštanje karbokatjona,
mogućnost polialkilovanja (alkil-grupa je elektron–donorska pa aktivira
aromatičan prsten za dalju supstituciju).
Zbog pomenutih ograničenja reakcija Friedel–Crafts–ovog alkilovanja
nije pogodna za uvoñenje ravnog ugljovodoničnog niza u aromatični
prsten.
U tu svrhu se koristi Friedel–Crafts–ovo alkanoilovanje (acilovanje)
nakon čega sledi redukcija.
19
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
H
O
+
CH3CH2CH2CCl
butanoil-hlorid
(hlorid butanske kiseline)
benzen
AlCl3
HCl
+
O
C
CH2CH2CH3
1-fenil-1-butanon
H 2N NH 2
Zn(Hg)
H+, ∆
(kisela sredina)
(Clemmensen-ova
redukcija)
OH , ∆
(bazna sredina)
(Wolff-Kishner-ova
redukcija)
CH2CH2CH2CH3
butilbenzen
Friedel-Crafts-ovo acilovanje
C
CH2CH2CH3
Zn(Hg)
+
H,∆
O
CH2CH3
NO2
1-(3-nitrofenil)-1-propanon
NH2
3-propilbenzenamin
H2N NH2
CH2CH2CH3
OH , ∆
Uslove redukcije biramo u zavisnosti od
prirode supstituenata u prstenu fenil-ketona
NO2
1-nitro-3-propilbenzen
20
Formilovanje po Gattermann–Koch–u
Reakcija elektrofilne aromatične supstitucije (EAS) – uvodi se
formil grupa (–CHO) u prsten!
G
AlCl3
+ CO + HCl
G
(EAS)
CHO
aldehid
G ne sme biti
dezaktivirajuca
grupa!!!
..
C O
.. + HCl
AlCl3
+ ..
H C O
..
+
AlCl4
formilijum-jon
elektrofil
O
ponaša se kao
hlorid mravlje
kiseline
uslovi sinteze
HCCl
lab:
ind:
CO, HCl
AlCl3; CuCl
CO, HCl
AlCl3; p, t
Formilovanje po Gattermann–Koch–u
CH3
CH3
CO, HCl
AlCl3; CuCl
OHC
toluen
4-metilbenzaldehid
H
CHO
CO, HCl
AlCl3; CuCl
benzen
NO2
benzaldehid
CO, HCl
AlCl3; CuCl
NEMA REAKCIJE!!!
21
Reakcije aldehida i ketona
Jako polarna karbonilna grupa odreñuje hemijske
reakcije aldehida i ketona!
Postoje 3 oblasti u kojima najvećim delom dolazi do
reakcija:
karbonilni kiseonik,
karbonilni ugljenik,
susedni ugljenik karbonilnom ugljeniku tzv. α C–
atom.
1
3
α
:O:
C
δ
δδ+ C
C
2
C
H
..O.. δ -
napad
ELEKTROFILA
H
R
napad
NUKLEOFILA
kiseo
α H-atom (posledica -I efekta C=O grupe)
kiseo
α H-atom
+
R
-I efekat
karbonilne grupe
Reakcije aldehida i ketona
Reakcije nukleofilne adicije
Redukcija
Oksidacija
Kiselost
22
NUKLEOFILNA ADICIJA
Pokretljivi π–elektroni karbonilne grupe su
jako pomereni prema O:
karbonilni O je obogaćen elektronima (za
nukleofilni i slabo bazni O se vezuju
ELEKTROFILI),
karbonilni C ima manjak elektrona (za
elektrofilni C se vezuju NUKLEOFILI).
Kako je karbonilna grupa planarna (u ravni
je) moguć je nesmetan napad odozgo ili
odozdo na tu ravan.
NUKLEOFILNA ADICIJA
Adicija polarnih reagenasa:
O
δ
_
+
Cδ
+
δ+ δ
X Y
_
elektrofilni
deo
nukleofilni
deo
OX
C
Y
Uopšteno se mogu formulisati 2 mehanizma
nukleofilne adicije:
u baznim uslovima,
u kiselim uslovima.
23
Bazni uslovi (nukleofilna adicija i
protonovanje)
δ+
C
..δ
O
..
elektrofil
2
_
+ : Nu
_
1
_
C
Nu
nukleofil
jak
(bazan)
H
..
:
O
..
OH
- H2 O
alkoksidni jon
(jaka baza)
..
C OH
..
Nu
+ OH
_
(adicioni) proizvod
1 adicija nukleofila
2 protonovanje
-
Ovim mehanizmom se vrši
adicija jakih nukleofila:
-
CN
(cijanidni jon)
OH
(hidroksilni jon)
-
RC C:
(acetilidni jon
tj. alkinil-anjon)
Organometalni reagensi
R MgX (Grignard-ovi reagensi)
NaBH4, LiAlH4 (hidridni reagensi)
Bazni uslovi (nukleofilna adicija i
protonovanje)
Napad jakog nukleofila (:Nu –) na karbonilni ugljenik
je olakšan sposobnošću kiseonika da prihvati "–"
šaržu tj. još jedan el. par (pravi razlog reaktivnosti
aldehida i ketona za reakciju nukleofilne adicije).
1 Nukleofilni napad: Sa približavanjem nukleofila
(:Nu –) elektrofilnom C, on se rehibridizuje (iz sp2 u
sp3) i el. par π–veze se premešta na O gradeći
alkoksidni jon.
2 Krajnji adicioni proizvod se dobija protonovanjem
nastalog alkoksidnog jona (obično) protičnim
rastvaračem (H2O, ROH).
24
Kiseli uslovi (elektrofilno protonovanje i
nukleofilna adicija)
δ+
C
..δ
O
..
slab
nukleofil
2
_
+
H
+
1
+
C
..
OH
..
C
+
OH
..
:Nu
protonovana karbonilna grupa
podleže lakše nukleofilnom napadu
veoma reaktivan elektrofil
1 elektrofilno protonovanje
2 adicija nukleofila
3 deprotonovanje
- NuH
H
..
C OH
..
+ Nu
H
+
+H
- H+
3
..
C OH
..
Nu
(adicioni) proizvod
•Adicija slabih nukleofila (:Nu–H): voda (HO–H), alkohol (RO–H).
▪Kiseli uslovi nisu pogodni za jako bazne nukleofile (dolazi do protonovanja).
Kiseli uslovi (elektrofilno protonovanje i
nukleofilna adicija)
1 Elektrofilni napad H+: Protonovanje karbonilnog O
smanjuje Ea za nukleofilni napad – protonovana
karbonilna grupa se ponaša kao veoma reaktivan
elektrofil (O može da primi π–elektrone, a da pri tome
ne poveća svoju "–" šaržu).
2 Nukleofilni napad: Slab nukleofil (:NuH) napada
elektrofilni C protonovane karbonilne grupe i pomera
se prvobitno nepovoljna ravnoteža.
3 Krajnji adicioni proizvod se dobija nakon
deprotonovanja.
25
Reaktivnost aldehida i ketona u reakcijama
NUKLEOFILNE ADICIJE
Reaktivnost opada u nizu:
H
R
C
>
O
H
R
C
>
O
H
C
>
O
R
Aromatični
aldehidi i
ketoni
Ovakav redosled reaktivnosti je posledica
delovanja 2 vrste efekata:
elektronskih, i
sternih.
Elektronski efekti
Što je karbonilni C–atom elektrofilniji, tj. što je veća
delimično "+" šarža (δ+) na njemu, lakše će ga
napasti nukleofil!!!
C
H
H3C
H3C
H
O
formaldehid
>
C
H
O
acetaldehid
>
C
H3C
O
-CH3 grupa
donor elektrona
(+I efekat)
aceton
Supstituenti koji su donori elektrona smanjuju δ+ na
karbonilnom C–atomu:
viša je Ea
prelazno stanje je destabilizovano
reakcija adicije se odvija teže i sporije.
26
Elektronski efekti
Supstituenti koji su akceptori elektrona povećavaju
δ+ na karbonilnom C–atomu:
niža je Ea
prelazno stanje je stabilizovano
reakcija adicije se odvija lakše i brže.
(trihlormetil-grupa)
-CCl3 grupa
akceptor elektrona
(-I efekat)
H3C
Cl3C
C
H
O
>
C
H
hloral
O
acetaldehid
Elektronski efekti
Aromatični aldehidi i ketoni su manje reaktivni od svojih
alifatičnih analoga jer su stabilizovani rezonancijom!!!
H
C
..
O
..
H
C
..
O
..
H
C
.. O
..:
H
C
.. O
..:
+
H
C
.. O
..:
+
+
rezonanciona stabilizacija benzaldehida
H3C
C
H
O
acetaldehid
>
C
H
O
-C6H5 grupa
donor elektrona
benzaldehid
Benzaldehid:
smanjenje δ+ na karbonilnom C–atomu (preovlañuje "+R" nad "–I" efektom) fenil-grupe.
27
Sterni efekti
..
O
..
C
_
:Nu
Prilaz nukleofila
je moguc sa bilo koje
strane molekula!!
trigonalna sp2-hibridizacija C i O
Nastajanje nove veze menja konfiguraciju na C–atomu s trigonalne
u tetraedarsku (atomi se oko C jače zbijaju).
NUKLEOFILNA ADICIJA
približno
120 o
R'
C
..
O
..
_
+ : Nu
R
trigonalna
sp2 hibridizacija
R'
R
C
Nu δ
δ
O
_
prelazno stanje
_
približno
109 o
R'
R
C
Nu
.. _
O
..:
tetraedarska
sp3 hibridizacija
Sterni efekti
Pri adiciji nukleofila na keton (u poreñenju sa
aldehidom):
u prelaznom stanju je povećano sterno
nagomilavanje oko karbonilnog C–atoma,
veća je Ea,
prelazno stanje je destabilizovano,
reakcija adicije se odvija teže i sporije.
28
Reakcije nukleofilne adicije
Adicija vode
Adicija alkohola. Stvaranje acetala
Adicija bisulfita
Adicija organometalnih reagenasa
Adicija Grignard-ovog reagensa
Adicija cijanovodonika. Stvaranje cijanohidrina
Adicija amonijaka i derivata amonijaka
Adicija vode
Nastaju GEMINALNI DIOLI (KARBONIL-HIDRATI).
+
H ili OH
C O + H2O
C OH
OH
aldehid ili keton
geminalni diol
(karbonil-hidrat)
+
katalizator: kiselina (H ) ili baza (OH )
H 3C
C O + H2O
H
etanal
(acetaldehid)
+
H ili OH
CH3
H C OH
OH
1,1-etandiol
29
Adicija vode
Mehanizam bazno-katalizovane hidratacije:
2
C
..
O
..
elektrofil
.. _
+ : OH
..
nukleofil
1
_
.. C
HO
..
..
O
..:
H
OH
- H 2O
hidroksi-alkoksid
(jaka baza)
_
1 napad OH jona (nukleofila)
HO
2 protonovanje
slab
nukleofil
H
..
.. C OH
..
HO
..
geminalni diol
(karbonil-hidrat)
.. _
: OH
+
..
.. _
+ :OH
..
baza
(katalizator)
+ OH
_
regenerisani
katalizator
H2O
jak
nukleofil
Adicija vode
Hidratacija je reverzibilna!
Položaj ravnoteže zavisi od stabilnosti polaznog karb. jedinjenja:
Ravnoteža je pomerena:
u levo kod ketona
u desno kod formaldehida i aldehida sa elektron–privlačnim
supstituentima.
Obični aldehidi se nalaze u sredini.
HIDRATI se retko mogu izolovati kao čista jedinjenja (suviše
lako gube vodu).
Izuzetak: stabilan hidrat hlorala.
CCl3
H
C
OH
OH
(može se izolovati)
30
Adicija vode
Mehanizam kiselo-katalizovane hidratacije:
2
1
C
..
O
..
+
+H
+
..
OH
..
C
+
-H
C
+
OH
..
..
HOH
..
- H 2O
protonovana karbonilna grupa
elektrofil
slab
nukleofil
3
..
.. C OH
..
HO+
-H
+
+
+H
H
..
.. C OH
..
HO
..
geminalni diol
(karbonil-hidrat)
1 elektrofilno protonovanje
2 napad H2O (nukleofila)
+
3 deprotonovanje (regenerisanje H )
Adicija alkohola
Adicijom alkohola na aldehide i ketone
nastaju HEMIACETALI (poluacetali)
mehanizmom koji je veoma sličan hidrataciji.
R
C O
(R) H
+
R'OH
1 ekv.
aldehid ili keton
+
H ili OH
R
(R) H C OH
OR'
hemiacetal
reakcija je katalizovana
kiselinom (H+ ) ili bazom (OH )
31
Adicija alkohola
H3C
C O
H
+ CH3CH2OH
CH3
+
H ili OH
H C OH
OCH2CH3
etanal
(acetaldehid)
C O
H
1-etoksietanol
+
H ili OH
+ CH3CH2OH
H C OH
OCH2CH3
benzenkarbaldehid
(benzaldehid)
etoksifenilmetanol
Adicija alkohola
Reakcija je reverzibilna!
Položaj ravnoteže zavisi od stabilnosti polaznog karb.
jedinjenja:
ravnoteža je uglavnom pomerena u levo.
HEMIACETALI se retko mogu izolovati kao čista
jedinjenja.
Stabilni hemiacetali:
peto- ili šestočlani prstenovi – intramolekulska
ciklizacija hidroksi-aldehida ili ketona
HO
CHO
OH
5-hidroksipentanal
+
H
H
C
O
ciklican
hemiacetal
32
Adicija alkohola
U prisustvu viška alkohola, kiselo–katalizovana
reakcija aldehida i ketona odvija se i dalje od faze
hemiacetala – nastaju ACETALI.
R
C O
R
+
H
+ 2 R'OH
(R) H C OR'
(R) H
OR'
aldehid ili keton
acetal
reakcija je katalizovana
kiselinom (H+ )
H 3C
C O
+ 2 CH3CH2OH
H
CH 3
+
H
H C OCH 2CH3
OCH2CH 3
etanal
(acetaldehid)
1,1-dietoksietan
Mehanizam nastajanja ACETALA (na
primeru aldehida)
Faza 1: nastajanje HEMIACETALA
:O:
RCH
1
+
+
+H
+
-H
R
..
OH
C
2
..
R'OH
..
..
: OH
H
R
C
+
H
- R'OH
..
: OH
R
C
OR'
..
H
+
..
: OH
3
H
+
-H
+
+H
R
C
H
: OR'
..
hemiacetal
1 elektrofilno protonovanje
2 napad R'OH (nukleofila)
+
3 deprotonovanje (regenerisanje H )
33
Mehanizam nastajanja ACETALA (na
primeru aldehida)
Faza 2: nastajanje ACETALA
R
C
H
1
..
:OH
H
:OR'
..
+
+H
+
-H
:OH
R
C
3
2
+
H
:OR'
..
R
- H2O
+ H2O
C
R
C
H
+ OR'
..
:OR'
..
..
R'OH
..
- R'OH
karbokatjon
hemiacetal
stabilizovan rezonancijom
slob. el. para na O
H
R
H
+
C
:OR'
..
4
R'
+
O:
H
-H
H
+
+
+H
R
C
:OR'
..
acetal
..
OR'
..
protonovanje na hidroksilnoj grupi
1 (prevoðenje loše odlazece grupe (-OH) u dobru (H O))
2
2 gubitak H2O
3 adicija drugog molekula R'OH (nukleofila) na elektrofilni C
+
4 deprotonovanje (regenerisanje H )
Mehanizam nastajanja ACETALA (na
primeru aldehida)
U prisustvu kiseline obe faze ovog procesa
su reverzibilne.
Ravnoteža se može pomeriti:
U desno ka acetalu upotrebom viška alkohola
ili odvoñenjem vode
U levo ka karb. jedinjenju u prisustvu viška
vode (hidroliza acetala).
Acetali se mogu izolovati kao čista
jedinjenja, neutralizacijom kiselog
katalizatora.
34
Acetali kao zaštitne grupe
Često korišćen intermedijer u sintezi je acetal etilen-
glikola:
O
CH3CCH3 +
HOCH2CH2OH
+
+H
H2C
C H2
O
O
C
1,2,-etandiol
(etilen-glikol)
H3C
CH3
propanon-1,2-etandiol-acetal
stabilan ciklicni acetal
Ciklični acetali su otporni prema mnogim nukleofilima
(bazama, organometalnim i hidridnim reagensima).
Hidrolizuju lako tretiranjem razblaženom mineralnom
kiselinom.
Adicija bisulfita
Adicija na aldehide i metil-ketone (ostali ketoni ne
reaguju – sterne smetnje)
nastaje bisulfitno adiciono jedinjenje:
H
C O
-
+
+ Na HSO3
C OH
-
+
SO3 Na
karbonilno
jedinjenje
natrijumbisulfit
+
OH
SO2
-
2SO3
+
bisulfitno
adiciono jedinjenje
(kristalni talog)
C O
karbonilno
jedinjenje
H
C
H
O
-
+ Na + HSO3
C
OH
- +
SO3 Na
Aldehidi i ketoni se često uklanjaju iz reakcione smeše tretiranjem iste sa konc.
vodenim rastvorom natrijum-bisulfita (adicioni proizvod je donekle rastvoran u vodi).
35
Adicija bisulfita
R
:O:
R
C
H
H
..
O
..
..
:
O
.. + S OH
- +
:O
.. : Na
karbonilno
jedinjenje
C
S
R
.. - +
O
.. : Na
..
O
..
H
..
O
..
:OH
..
jak nukleofil
natrijumbisulfit
..
OH
..
..
S O
..
- +
:O
.. : Na
C
bisulfitno
adiciono jedinjenje
(kristalni talog)
Ostvaruje se veza C-S
S nukleofilniji od O
(bolje može da prihvati "+" šaržu)
Adicija Grignard–ovog reagensa
Organomagnezijumovi i litijumovi-reagensi – izvor nukleofilnog
ugljenika!
Adicijom nastaju ALKOHOLI – nukleofilna alkil-grupa iz
organometalnog reagensa formira vezu sa polaznom karbonilnom
grupom
C
..
O
..
Ako su u strukturi aldehida i ketona prisutne druge C=O grupe ili –
OH grupe, moraju se zaštititi!
+
- δ+
R MgX
δ
aps. etar
jak nukleofil
karbonilno
jedinjenje
..
C OH
..
R
R
magnezijum-alkoksid
izvor
nukleofilnog C
RX + Mg
+
.. - +
H , H2O
C O
.. : MgX
aps. etar
R = 1o, 2o, 3o alkil-grupa
aril-grupa
benzil grupa itd.
alkohol
1o, 2o ili 3o
- +
δ
δ
R MgX
Grignard-ov
reagens
36
Adicija Grignard–ovog reagensa
H
C O
H
H
+
H , H2O
..
H C OH
..
1o
R
R'
MgX
aps. etar
C O
H
R
+
H , H2O
..
H C OH
..
2o
R
C O
R
R'
+
H , H2O
R'
R
..
R C OH
..
3o R'
alkohol
Adicija Grignard–ovog reagensa
.. :O: +MgBr
O
CH3CH2CH2Br
Mg, aps. etar
CH3CH2CH2MgBr
CH3CCH2CH3
aps. etar
propilmagnezijum-bromid
..
: OH
CH3CCH2CH3
CH 2CH 2CH3
+
H , H2O
CH3CCH2CH3
CH2CH2CH 3
2-etil-2-pentanol
37
Adicija Grignard–ovog reagensa
ZADATAK
Polazeći od navedenih jedinjenja i ostalih
reaktiva prikažite sinteze sledećih jedinjenja
(izmeñu ostalih reakcija koristite adiciju
Grignard–ovih reagenasa na karbonilna
jedinjenja):
a) 2-fenil-2-butanola iz benzena i etanola
b) 2,5-dimetil-3-heksanola iz izobutilena
2-fenil-2-butanol iz benzena i etanola
OH
C
CH2CH3
CH3CH2OH, C6H6
CH3
2-fenil-2-butanol
O
C CH3 +
CH3CH2- MgBr
OH
C CH3
H
MgBr +
CH3CHO
38
2-fenil-2-butanol iz benzena i etanola
PCC
CH3CH2OH
CH3CHO
CH2Cl2
PBr3
CH3CH2OH
CH3CH2Br
ili
K2Cr2O7
H2SO4
HO C H
MgBr
Br
PCC
CH2Cl2
CH3
1) CH3CHO
+
2) H , H2O
Br2
Mg
FeBr3
aps. etar
O
C
CH3
O
1)
CH3CH2Br
Mg
aps. etar
C CH3
+
2) H , H2O
CH3CH2MgBr
OH
C
CH2CH3
CH3
2,5-dimetil-3-heksanol iz izobutilena
CH3
OH
CH3CHCH
CH2CHCH3
CH3
H3C C CH2
CH3
2,5-dimetil-3-heksanol
O
(CH3)2CH
C
CH3
H
+
CH3CHCH2MgBr
CH3
CH3CHCH2OH
39
2,5-dimetil-3-heksanol iz izobutilena
CH3
H3C C CH2
CH3
CH3CHCH2Br
CH3
HBr
CH3CHCH2Br
R2O2
CH3
OH , H2O
CH3CHCH2OH
PCC
CH2Cl2
CH3
Mg
CH3
CH3CHCH2MgBr
aps. etar
CH3CHCHO
CH3
1) CH3CHCHO
+
2) H , H2O
OH
CH3
CH3CHCHCH2CHCH3
CH3
2,5-dimetil-3-heksanol
ZADATAK
Predložite odgovarajući postupak za transformaciju jedinjenja
A u B:
O
1
2
O
3
6
4
5
Br
2
1
6-brom-2-heksanon
4
3
6
5
OH
7
7-hidroksi-2-heptanon
(A)
(B)
+
HOCH2CH 2OH, H
O
O
+
H , H2O
Br
Mg, aps. etar
O
O
H2C O
MgBr
O
O
_+
O MgBr
40
Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska
reakcija)
Cijanovodonik (HCN) se reverzibilno adira na karbonilnu grupu
aldehida i ketona gradeći HIDROKSI-ALKANONITRILE tzv.
CIJANOHIDRINE:
C
..
O
.. + :C N
karbonilno
jedinjenje
O
H3C
C
jak nukleofil
cijanidni jon
2-hidroksi-2-metilpropanonitril
(aceton-cijanohidrin)
H
KCN
CH2CH
CH2 C OH
H2O/H2SO4
CN
2-propanon
(aceton)
+ : CN
hidroksi-alkanonitril
(cijanohidrin)
O
H 3C C OH
H2O/H2SO4
..
C OH
..
C N
CN
H
alkoksid
CH3
KCN
CH3
.. C O
..:
C N
CN
2-feniletanal
(fenilacetaldehid)
3-fenil-2-hidroksipropanonitril
(fenilacetaldehid-cijanohidrin)
Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska
reakcija)
Cijanohidrini su veoma korisni intermedijari u sintezi:
2-hidroksikarboksilnih kiselina (α-hidroksikiseline)
nezasićenih karboksilnih kiselina (α,β-nezasićene kiseline).
O
H3C
C
KCN
H
etanal
(acetaldehid)
H2O/H2SO4
H
H3C C OH
HCl, H2O
∆
H
H3 C C OH
COOH
CN
2-hidroksipropanska
kiselina
2-hidroksipropanonitril
(mlecna kiselina;
α-hidroksipropionska
kiselina)
(acetaldehid-cijanohidrin)
konc. H2SO4
∆
H
H3C C OH
COOH
(dehidratacija)
CH2
CH
-H2O
COOH
2-propenska kiselina
(akrilna kiselina)
41
Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska
reakcija)
O
H3C
C
CH3
KCN
H3C C CN
CH3 H2O/H2SO4
CH3
konc. H2SO4
H3C C COOH
∆
OH
OH
2-propanon
(aceton)
2-hidroksi-2-metilpropanonitril
(dehidratacija) -H2O
(aceton-cijanohidrin)
CH3
H2C C COOH
2-metil-2-propenska kiselina
(metakrilna kis.; α-metilakrilna kis.)
Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska
reakcija)
O
H3C
C
H
KCN
H
H2O/H2SO4
acetaldehid
ahiralan
H
+
H , H2O
H3C C* OH
H3C C* OH
COOH
CN
(+- )-acetaldehid-cijanohidrin
H3C
(+- ) -mlecna k.
_
C
H
ahiralan
O
: CN
Prilaz cijanidnog jona
(nukleofila)
je moguc sa bilo koje
strane molekula!!
H+
H+
CN
H3 C
C*
H
H3C
H
OH
(R)-acetaldehid-cijanohidrin
hiralan
*
C
OH
CN
(S)-acetaldehid-cijanohidrin
hiralan
42
Adicija cijanovodonika (cijanhidrinska
reakcija)
CN
H3C
H3C
H
C*
OH
H
(R)-acetaldehid-cijanohidrin
+
H , H2O
CN
H
hiralan
+
H , H2O
COOH
H3C
OH
(S)-acetaldehid-cijanohidrin
hiralan
C*
*
C
OH
(R)-mlecna k.
hiralan
H3C
H
*
C
OH
COOH
(S)-mlecna k.
hiralan
Adicija amonijaka i njegovih derivata
Adicija amonijaka i 1°amina
Adicija hidroksilamina (NH2OH), hidrazina
(H2NNH2), fenilhidrazina (H2NNHC6H5) i
semikarbazida (H2NNHCONH2)
Adicija 2°amina
43
Adicija amonijaka i 1° amina
Amonijak i 1°amini se adiraju na aldehide i ketone na analogan
način kao voda i alkoholi.
Meñutim, nastali proizvodi gube vodu pa nastaju IMINI.
Ukupna reakcija je kondenzacija.
..
NH
C
..
O
..
: NH3
+
C
nukleofil
amonijak
karbonilno
jedinjenje
(aldehid ili keton)
+
H2O
imin
(nestabilan)
(pri stajanju polimerizuju)
..
NR'
C
..
O
..
: NH2 R'
+
nukleofil
1o amin
karbonilno
jedinjenje
(aldehid ili keton)
C
+
H2O
N-supstituisani
imin
Schiff-ova baza
(stabilan imin)
Asimetrična kataliza
Sinteza jedinjenja metodom koji favorizuje nastajanje odreñenog
enantiomera ili diastereomera.
Asimetrična kataliza ili enantioselektivna kataliza/sinteza je veoma
važna u modernoj hemiji – posebno u farmaceutskoj hemiji.
Enantioselektivno formiranje ciklopropana - Noyori (1968) je koristio
kompleks Cu - hiralna Schiff-ova baza kao katalizator.
COOCH2CH3
N2CH2 COOCH2 CH3
+
60 oC, 6 h
COOCH2CH3
Ph
N
O
Cu
*
O
cis:trans=1:2,3
72 %
N
*
katalizator Ph
0,01 ekv.
44
Adicija amonijaka i 1° amina
Mehanizam nastajanja IMINA iz 1°amina
H
C
..
O
..
H
+
N
1
R'
+ : NH2R'
.. O
.. :
C
deprotonovanje na N
protonovanje na O
nukleofil
1o amin
karbonilno
jedinjenje
(aldehid ili keton)
2
H
R'
.. N
C
- H2O
..
OH
..
+ H2O
hemiaminal
..
N
C
R'
N-supstituisani
imin
Schiff-ova baza
1 napad NH2R' (nukleofila)
2 eliminacija H2O
(dehidratacija)
Adicija amonijaka i 1° amina
Dehidratacija hemiaminala:
R'
..
N
H
C
..
OH
..
hemiaminal
+
+H
+
-H
R'
.. H
N
C
- H2O
R'
+
+ H2O
..
OH
.. H
N
R'
C
+ H
N
C
+
iminijum-jon
H
+
+H
R'
N-supstituisani
imin
Schiff-ova baza
+
-H
..
N
C
45
Adicija amonijaka i 1° amina
Imini mogu da se izoluju kao čista jedinjenja u visokom prinosu
(kontinualnim uklanjanjem H2O)
Imini nastali kondenzacijom 1°amina sa aldehidima i ketonima
su veoma korisni intermedijari u sintezi amina kompleksnije
strukture (reakcija reduktivne aminacije):
O
H3C
C
CH3
keton
+
NH2
- H2O
H3C
+ H2O
H3C
1o amin
C N
imin
H2/Ni ili Pt
ili
NaBH4
(redukcija)
CH3
H3C C N
2o
amin H
H
cikloheksilizopropilamin
Adicija amonijaka i 1° amina
Reduktivna aminacija ketona daje amine koji sadrže sek-alkil-
grupe
Takve amine je teško dobiti amonolizom zbog reakcije
eliminacije kod sek-alkil-halogenida
K2Cr2O7
H2SO4
O
NH3, H2, Ni
NH2
OH
PBr3
Br
NH3
46
Adicija hidroksilamina, hidrazina,
fenilhidrazina i semikarbazida
OH
H2N OH
N
(hidroksilamin)
+
C
H2O
oksim
H2N NH2
(hidrazin)
C
..
O
..
karbonilno
jedinjenje
+H
NH2
N
+
C
H
H2O
hidrazon
+
NHC6H5
H2N NHC6H5
+
C
(aldehid ili keton)
O
H
N
O
C
C
+
H 2O
H2O
fenilhidrazon
H2N N C NH2
H
(semikarbazid)
N
OH
N
(fenilhidrazin)
G
G
N
C
NH2
N
+
C
H2O
Kondenzacijom sa aldehidima i
ketonima daju kristalinične
proizvode, često oštrih tt –
koriste se za identifikaciju
(dokazivanje) strukture
karbonilnih jedinjenja.
semikarbazon
Adicija hidroksilamina, hidrazina,
fenilhidrazina i semikarbazida
OH
N
H2 N OH
C
CH3
acetofenon-oksim
H2N NH2
C O
H3C
acetofenon
N
C
NH2
CH3
acetofenon-hidrazon
- H2 O
H2 N NHC6H5
N
C
NHC6H5
CH3
acetofenon-fenilhidrazon
O
H
N
O
H2 N N C NH2
H
C
NH2
N
C
CH3
acetofenon -semikarbazon
47
Adicija hidroksilamina, hidrazina,
fenilhidrazina i semikarbazida
Reakcije kondenzacije aldehida i ketona sa:
1°aminima (NH2R)
hidroksilaminom (NH2OH)
hidrazinom (H2NNH2)
fenilhidrazinom (H2NNHC6H5)
semikarbazidom (H2NNHCONH2)
odigravaju se često u slabo kiseloj sredini!
Adicija hidroksilamina, hidrazina,
fenilhidrazina i semikarbazida
C
..
O
..
+
+H
+
C
+
-H
..
OH
..
..
C
+
OH
..
protonovana karbonilna grupa
elektrofil
(olakšan napad nukleofila)
H2N G
+
NH2
C
G
OH
+
-H
+
+H
C
NH
G
OH
- H 2O
sredina ne sme biti previše kisela:
..
H2N G
nukleofil
(slobodna baza)
+
+H
+
-H
+
H3N G
nije nukleofil
(so)
C
N
G
48
Adicija 2° amina
Kondenzacijom aldehida i ketona sa 2°aminima
dobijaju se ENAMINI.
..
O
..
C
RCH2
RCH
+ : NHR'2
O
CH3CH2CCH2CH3 +
3-pentanon
H2O
: NR'2
enamin
nukleofil
2o amin
(aldehid ili keton)
+
C
(enska funkcija alkena i
amino-grupa amina)
..
HN(CH3)2
CH3CH2C CHCH3 +
dimetilamin
enamin
H2O
N(CH3)2
CA: N,N-dimetil-2-penten-3-amin
triv.: 1-etilpropenildimetilamin
1
2
4
3
3
5
CH3CHCH CHCH3
1
2
3
CH3CH CH
N(CH3)2
CA: N,N-dimetil-3-penten-2-amin
triv.: dimetil(1-metil-3-pentenil)amin
2
1
CH3C CH2
N(CH3) 2
N(CH3) 2
CA: N,N-dimetil-1-propen-1-amin
triv.: dimetilpropenilamin
CA: N,N-dimetil-1-propen-2-amin
triv.: N,N,1-trimetilvinilamin
Adicija 2° amina
Mehanizam
R
C
α
CH2
..
O
.. +
1
: NHR'2
R
nukleofil
2o amin
karbonilno
jedinjenje
α
.. O
.. :
CH2 C
+N
H
R'
R'
deprotonovanje na N
protonovanje na O
(aldehid ili keton)
2
R
α
CH
H
C
..
OH
..
:NR'2
- H 2O
R
α
CH
+ H2O
hemiaminalni
intermedijer
N-atom nema H-atom koji bi otpustio!
Dehidratacija se odvija alternativno:
deprotonovanjem sa α-C-atoma!
enamin
C
:NR'2
1 napad NHR'2 (nukleofila)
2 eliminacija H 2O
(dehidratacija)
49
Redukcija
Redukcija do alkohola
Redukcija do ugljovodonika
Redukcija ketona magnezijum-amalgamom
pinakolonsko premeštanje
Redukcija do alkohola
O
R
R, R' = alkilaril-grupa
R
C
[H]
H
O
C
[H] = (a) 1) LiAlH4/aps. etar
2) H+, H2O
R C OH
H 1o alkohol
[H]
R'
H
R'
R C OH
H 2o alkohol
(redukcija hidridnim reagensima)
(b) NaBH4/CH3CH2OH
(c) H2/Pt, Pd ili Ni
(kataliticko hidrogenovanje)
50
Redukcija do alkohola
Redukcija hidridnim reagensima je nukleofilna
adicija vodonika (nukleofil je hidridni jon H: –)!
Li+ H3Al
H
C
+
nukleofilni
reagens
litijum-aluminijumhidrid
H C O AlH3 + Li
..
O
..
karbonilno
jedinjenje
litijum-alkoksialuminijumhidrid
ponavlja se još 3 puta:
reaguje sa još 3 mol
-+
H C O Al Li
C
O
4
litijum-tetraalkoksi-aluminat
H+, H2O
LiAlH4 je izvor
nukleofilnog H-atoma
tj. hidridnog jona (H:- )
4 H C OH
+ Al(OH)3 + LiOH
alkohol
Redukcija do alkohola
Hidridni reagensi LiAlH4 i NaBH4 su selektivni – redukuju
karbonilnu grupu ali ne i nezasićene C–C veze!
Transformišu nezasićene aldehide i ketone u nezasićene
alkohole!!!
1) LiAlH4/aps. etar
2) H +, H2O
O
CH3CH CHCH
2-butenal
(krotonaldehid)
NaBH4/CH3CH2OH
H2/Pt
CH3CH CHCH2OH
2-buten-1-ol
CH3CH2CH2CH2OH
1-butanol
51
Redukcija do alkohola
1) LiAlH4/aps. etar
2) H+, H2O
O
CH CHCH
CH CHCH2OH
NaBH4/CH3CH2OH
3-fenil-2-propen-1-ol
H2/Pt
3-fenilpropenal
(cimetaldehid)
CH2CH2CH2OH
3-fenil-1-propanol
Redukcija do alkohola
O
H OH
[H]
ciklopentanon
[H] = (a) 1) LiAlH4/aps. etar
2) H+, H2O
(b) NaBH4/CH3CH2OH
ciklopentanol
1) LiAlH4/aps. etar
2) H +, H2O
O
O
H3C C CH2
C
(c) H2/Pt, Pd ili Ni
H
H3C C CH2
CH2OH
OH
OC2H5
NaBH4/CH3CH2OH
H
O
H3C C CH2
C
OC2H5
OH
52
Redukcija do ugljovodonika
Zn(Hg)
+
H,∆
(kisela sredina)
O
R
C
C
R C H
H
H
O
R
H
(Clemmensen-ova
redukcija)
R'
H2N NH2
OH , ∆
(bazna sredina)
R C H
(Wolff-Kishner-ova
redukcija)
ugljovodonik
R'
R, R' = alkilaril-grupa
H
Redukcija do ugljovodonika
O
+
Zn(Hg), H ; ∆
CH3CH CHCH
ili
H2NNH2, OH -; ∆
(HOCH2CH2)2O
2-butenal
(krotonaldehid)
O
CH CHCH
3-fenilpropenal
(cimetaldehid)
+
Zn(Hg), H ; ∆
ili
H2NNH2, OH-; ∆
(HOCH2CH2)2O
CH3CH CHCH3
2-buten
CH CHCH3
1-fenil-1-propen
53
Redukcija do ugljovodonika
O
+
Zn(Hg), H ; ∆
ili
H2NNH2, OH-; ∆
(HOCH2CH2)2O
O
ciklopentan
1,3-ciklopentandion
+
Zn(Hg), H ; ∆
CH2CH3
O
H2N
CCH3
3-etilfenilamin
H2NNH2, OH ; ∆
O2N
CH2CH3
(HOCH2CH2)2O
1-(3-nitrofenil)etanon
O2N
1-etil-3-nitrobenzen
Redukcija ketona magnezijumamalgamom
O
2
H3C
C
1) Mg(Hg), C6H6, ∆
CH3 2) H2O
aceton
CH3 CH3
H3C C
C CH3
OH OH
pinakol
2,3-dimetil-2,3-butandiol
O
2
R
C
1) Mg(Hg), C6H6, ∆
R
2) H2O
keton
R= alkil- ili aril-grupa
R R
R C C R
OH OH
1,2-diol
tzv. pinakol
54
Pinakolonsko premeštanje
U kiseloj sredini pinakol podleže dehidrataciji koja je praćena
1,2-premeštanjem alkil-, aril-grupe ili hidrida.
Kao proizvod nastaje keton ili aldehid u zavisnosti od strukture
polaznog 1,2-diola tzv. pinakola.
CH3 CH3
H3 C C
+
H
(- H2O)
C CH3
OH OH
pinakol
2,3-dimetil-2,3-butandiol
CH3 CH3
H3C C
+
+H
C CH3
:OH
.. :OH
..
+
H3C C
C CH3
- H 2O
C(CH3)3
C CH3
CH3
H3C C
:O
+
CH3 CH3
H3C C
:OH
..
:OH
.. O
..
H + H
:O
.. H
1,2-pomak
alkil-grupe
O
pinakolon
3,3-dimetil-2-butanon
CH3 CH3
H3C C
CH3
H3C C
C(CH3)3
H
- H+
C CH3
+
3o
CH3
H3C C
C CH3
:O: CH3
(katjon stabilizovan rezonancijom)
Oksidacija aldehida
aldehidi se lako oksidišu za razliku od ketona
Kao oksidaciona sredstva koriste se
KMnO4 ili K2Cr2O7 u kiseloj sredini
Tolensov (Tollens) reagens
Felingov (Fehling) reagens
Oksidacija sa Ag2O
55
Oksidacija aldehida
Sa KMnO4 ili K2Cr2O7 u kiseloj sredini
O
R
C
KMnO4/H2SO4
H
R = alkil- ili aril-grupa
aldehid
O
ili
K2Cr2O7/H2SO4
karb. kiselina
KMnO4/H2SO4
CH3CH
CH3COOH
ili
K2Cr2O7/H2SO4
acetaldehid
RCOOH
sircetna kiselina
O
C
COOH
KMnO4/H2SO4
H
ili
K2Cr2O7/H2SO4
benzaldehid
benzoeva kiselina
Tollens–ov test
Tollens-ov rastvor
O
R
C
H
+
+ Ag
NH3, H2O
R = alkil- ili aril-grupa
Ag0 + RCOOH
srebrno
ogledalo
aldehid
amonijačni rastvor srebro-hidroksida
AgNO3
NH4OH
AgOH
NH3
[Ag(NH3)2]+ OH
-
Dokazna reakcija za aldehide!
56
Fehling–ov test
Fehling-ov rastvor
O
R
C
NaOH
K,Na-tartarat
H2O
2+
+ Cu
H
R = alkil- ili aril-grupa
aldehid
tartarati - soli vinske kiseline
OH OH
HO2C C
H
Cu2O + RCOOH
cigla-crveni
talog
C CO2H
H
Felingov reagens A – plavi vodeni rastvor CuSO4
Felingov reagens B – bezbojni rastvor K,Na-tartarata i NaOH
K,Na-tartaratni joni grade kompleks sa Cu2+ i sprečavaju stvaranje Cu(OH)2
Dokazna reakcija za aldehide!
Takoñe reaguju i α-hidroksi-ketoni!
Aromatični aldehidi ne reaguju pa treba koristiti Tolensov test.
Oksidacija sa vlažnim Ag2O
Ag+ jon je blago i selektivno oksidaciono sredstvo!
O
R
C
Ag2O / H2O
H
R = alkil- ili aril-grupa
aldehid
RCOOH
karb. kiselina
O
CH3CH CHCH
Ag2O / H2O
CH3CH CHCOOH
2-butenska kiselina
2-butenal
(krotonaldehid)
CHO
3-cikloheksenkarbaldehid
Ag2O / H2O
COOH
3-cikloheksenkarboksilna kiselina
57
Oksidacija ketona
Ketoni se oksidišu mnogo teže nego aldehidi
– mora doći do raskidanja veze izmeñu 2 C–
atoma!
Pod blagim uslovima se mogu oksidisati jedino
metil-ketoni.
Oksidacije ketona:
Oksidacija metil-ketona – HALOFORMSKA
REAKCIJA
Energična oksidacija ketona
Oksidacija metil-ketona
Bazno–katalizovano α–halogenovanje metil-ketona
vrši se do potpunog halogenovanja metil-grupe.
Reakcija služi za identifikaciju metil-ketona!
O
R
C
O
X 2, NaOH/H2O
CH3
R = alkil- ili aril-grupa
metil-keton
(bazna sredina)
R
C
CX3
NaOH/H2O
RCOO +Na + CHX3
haloform
(talog)
58
Oksidacija metil-ketona
Mehanizam haloformske reakcije:
.. :O:
..
O:
RCCX3
- ..
+ : OH
..
R
baza
katalizator
C
:O:
..
RC O
..
CX3
: OH
..
-
so karboksilne
kiseline
:CX3
trihalogenmetidni
jon
O
RCO
H +
+ CHX3
haloform
Oksidacija metil-ketona
Jodoformska reakcija
O
R
C
I2, NaOH
CH3
RCOO +Na + CHI3
R = alkil- ili aril-grupa
metil-keton
jodoform
(žuti talog)
Umesto I2 mogu se koristiti Cl2 i Br2.
O
H C CH3
1) I 2, NaOH
+
2) H , H2O
O
H C OH + CHI3
CH3 CH2OH
Prvo se oksidiše
do acetaldehida!!!
1) I2, NaOH
+
2) H , H2O
O
H C OH + CHI3
CH3CHO – jedini aldehid koji daje pozitivan jodoform test!
59
Oksidacija metil-ketona
O
I2, NaOH
CH3CH2CCH3
CH3CH2COO +Na + CHI3
H3 O
+
2-butanon
+ CHI3
CH3CH2COOH
CH 3
O
CH 3C CHC CH3
4-metil-3-penten-2-on
1) I2, NaOH
+
2) H3O
Cl2, KOH
60
oC
CH3
CH3C CHCOOH + CHI3
H2SO4
CHCl3 +
OK
O
OH
O
O
3-metil-2-butenska k.
4-metil-3-penten-2-on
Energična oksidacija ketona
O
RCH2
C
a
CH2R'
RCOOH + R'CH2COOH + RCH2COOH + R'COOH
a
b
R
O
R'
RCH
C
CHR'
a
HNO3, ∆
b
HNO3, ∆
b
R
R'
R C O + R'2CHCOOH + R2CHCOOH + R'
a
C O
b
60
Energična oksidacija ketona
O
CH3CH2CCH2CH3
HNO3, ∆
CH3COOH + CH3CH2COOH
3-pentanon
O
(CH3)2CHCCH(CH3)2
HNO3, ∆
CH3
H3C C O + (CH3)2CHCOOH
2,4-dimetilpentanon
O
HNO3, ∆
HOOC
(CH2)4
COOH
cikloheksanon
Kiselost aldehida i ketona
Karbonilna grupa je
polarizovana.
Elektrofilni karbonilni C–atom
povlači elektrone duž σ–veze
(–I efekat) – veza Cα–H je
oslabljena
α-H–atomi su kiseli usled
prisustva karbonilne grupe.
Jake baze mogu ukloniti α-H–
atom.
..O.. δ -
β
C
δ
δδ+ C
C α
+
H
R
kiseo
α H-atom
-I efekat
karbonilne grupe
61
Kiselost aldehida i ketona
Anjoni koji nastaju deprotonovanjem zovu se
ENOLATNI JONI ili ENOLATI:
..
O..
C C
+ B:
C
..
-
H
..
O..
.. :O:
C
C
+ HB
C
enolatni jon
jaka baza
jak nukleofil
pKa oko 16-18 (aldehidi)
19-21 (ketoni)
rezonancioni hibrid
Kiselost aldehida i ketona
Nastali enolatni jon, konjugovana baza aldehida i
ketona, je stabilizovan rezonancijom:
C
..
..
O..
C
.. :O:
C
C
δ.O
.
.
δ -..... ...
ili
C
C
-
... O
..
..... .
C
C
enolatni jon
rezonancioni hibrid
Elektrofil može napasti Cδ– ili Oδ– (ambidentni jon).
62
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i
ketona
OH
O
R
CH2
C H (R')
CH C H (R')
R
enolni-oblik
enol-tautomer
keto-oblik
keto-tautomer
Keto– i enol–izomer su dva različita hemijska
jedinjenja (strukturni izomeri), tautomeri koji
gubitkom protona daju isti anjon koji je rezonancioni
hibrid 2 granične strukture.
Tautomeri se nalaze u termodinamičkoj ravnoteži
koja je pomerena ka jednom ili drugom tautomeru.
Keto–enolna tautomerija tj. pretvaranje jednog oblika
u drugi je kiselo ili bazno katalizovana reakcija.
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i
ketona
Bazno-katalizovana keto-enolna tautomerija
..
O. .
C C
H
keto-oblik
keto-tautomer
T.D. stabilniji
+ B:
-
C
..
..
O..
.. :O:
C
C
+
C
H B
enolatni jon
..
:O
C
C
H
+ B:
-
enolni-oblik
enol-tautomer
kiseliji - lakše otpušta proton
63
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i
ketona
Kiselo-katalizovana keto-enolna tautomerija
.. .
O.
H
C C
+
..
O
H
+
H
C
B
..
O
+ ..
C
H
H
C
C
H
kiselina
keto-tautomer
konj.
baza
kiseline
protonovani karbonilni sistem
..
O
..
C
: B-
+
H
C
+
H
B
enol-tautomer
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i
ketona
Položaj ravnoteže zavisi od strukture molekula!
Kod prostih aldehida i ketona ravnoteža je pomerena ka keto–
tautomeru:
O
OH
H3C C H
H2C C H
100%
O
OH
H3C C CH3
H2C C CH3
Postoje karbonilna jedinjenja kod kojih je ravnoteža pomerena
ka enol–tautomeru!!!
O
H3C C
O
CH2
C CH3
OH
H3C C
84%
16%
cista supstanca (tecnost)
O
1
konjugovani sistem
dvostrukih veza
2 mogucnost uspostavljanja
intramolekulske vodonicne veze
(šestoclana prstenasta struktura)
O
CH C CH3
H . .. .
C
H3C
... .
O.
C
C
CH3
H
64
KETO–ENOLNA tautomerija aldehida i
ketona
U vodenom rastvoru enol–tautomer je nestabilan jer
je znatno smanjena mogućnost obrazovanja
intramolekulske vodonične veze – jače je
intermolekulsko vodonično vezivanje sa molekulima
vode! u vodi
O
H3C C
O
CH2
OH
C CH3
O
H3C C
CH C CH3
15%
85%
H
..
O .. . .
H
..
O
H
O
Intermolekulsko vezivanje
sa molekulima vode!
H ..
.. . . . . .. H
. .
O
C
H3C
H
C
C
O
H
CH3
H
REAKCIJE IZAZVANE
KISELOŠĆU α-H–ATOMA
Aldolna kondenzacija
Ukrštena aldolna kondenzacija
Cannizzaro–va reakcija
Ukrštena Cannizzaro–va reakcija
Halogenovanje aldehida i ketona
65
Aldolna kondenzacija
U razblaženom
1
vodenom rastvoru baze
O
OH H O
(ili kiseline) mogu se
α
OH (ili H+)
β α
meñusobno vezati 2
2 R CH2 C H
R CH2 C C C H
H2O
molekula aldehida
aldehid
(niska t)
H R
(dimerizacija) koji u
aldol
svojoj strukturi imaju bar
β-hidroksi-aldehid
1 α–H–atom!
Kao proizvod aldolne
Intramolekulska dehidratacija
∆
2
reakcije nastaje βje favorizovana jer nastaje
(- H2O)
α,β-nezasiceno karbonilno jedinjenje
hidroksi-aldehid tzv.
(konjugovani sistem dvostrukih veza)
ALDOL koji zagrevanjem
O
β α
podleže dehidrataciji
1 aldolna reakcija
R CH2 C C C H
dajući α,β-nezasićeni
aldehid.
2 dehidratacija
H R
1 +
α,β-nezasiceni aldehid
2 = aldolna kondenzacija
Aldolna kondenzacija
O
2 CH3CH
etanal
(acetaldehid)
NaOH/H2O
OH
O
O
β α
H3C C CHCH
H H
3-hidroksibutanal
aldol
∆
β
α
CH3CH CHCH + H2O
2-butenal
(krotonaldehid)
66
Aldolna kondenzacija
Analogno se mogu meñusobno vezati 2 molekula (veoma
reaktivnog) ketona koji u svojoj strukturi imaju bar 1 α–H–
atom!
Kao proizvod aldolne reakcije nastaje β-hidroksi-keton
(aldol) koji zagrevanjem podleže dehidrataciji dajući α,βnezasićeni keton.
1
O
β
NaOH/H2O
2 CH3CCH3
propanon
(aceton)
H3C C
2
O
OH
α
O
β
∆
CHCCH3
α
CHCCH3 + H2O
H3C C
CH3 H
CH3
4-hidroksi-4-metil-2-pentanon
aldol
4-metil-3-penten-2-on
(α,β-nezasiceni keton)
(β-hidroksi-keton)
1 aldolna reakcija
2 dehidratacija
2 = aldolna kondenzacija
+
1
Aldolna reakcija kod ketona je reverzibilan proces –
ravnoteža je pomerena ka ketonu!
Ravnotežu u desno pomera:
►uklanjanje aldola iz reakcione smeše,
►dehidratacija i uklanjanje vode iz reakcione smeše.
Mehanizam nastajanja ALDOLA (bazna
kataliza)
Faza 1: nastajanje ENOLATA (enolatnog jona)
:O:
HC
CH2
α
H
.. + : OH
..
- ..
CH2
.. .
O.
C
α
katalizator
H
.. :O:
α
H2C
C
H
+ H2O
enolatni jon
(hidroksilni jon)
Faza 2: nukleofilni napad (adicija)
: O:
CH3CH +
elektrofil
- ..
CH2
.. :O:
O
C
H
H 2C
enolatni jon
C
H
nukleofil
.. :O:
CH3C
: O:
CH2CH
H
alkoksidni jon
nukleofilni centar je α-C-atom enolatnog jona
enolatni jon napada kao karbanjon
67
Mehanizam nastajanja ALDOLA (bazna
kataliza)
Faza 3: protonovanje
.. :O :
CH3C
: O:
CH2CH
..
: OH
..
OH
..
+ H
β
CH3 C
: O:
.. CH2CH + : OH
..
α
H
H
aldol
3-hidroksibutanal
alkoksidni jon
regenerisani
katalizator
Faze 2 i 3 ove reakcije pomeraju, u početku nepovoljnu ravnotežu (Faza 1),
prema proizvodu, aldolu.
Aldolna kondenzacija
Na povišenoj temperaturi, aldol lako podleže
dehidrataciji i nastaje proizvod aldolne kondenzacije.
Eliminacija vode je naročito olakšana zato što kao
proizvod nastaje stabilan konjugovani sistem.
..
: OH HO
β α
CH3 C
H
CCH
H
3-hidroksibutanal
aldol
.. : OH
.. , H2O
∆
O
β
α
CH3CH CHCH + H2O
2-butenal
(krotonaldehid)
α,β-nezasiceni aldehid
68
Aldolna kondenzacija
Proizvodi aldolne reakcije mogu se izolovati
samo ako su reaktanti jednostavni aldehidi ili
ketoni!
može se izolovati
na niskoj T.
O
2 CH3CH2CH
NaOH/H2O
propanal
O
OH
CH 3CH 2
β α
C CHCH
H CH3
.. : OH
.. , H2O
∆
O
β
α
CH3CH 2CH CCH
CH3
(- H2O)
2-metil-2-pentenal
3-hidroksi-2-metilpentanal
Aldolna kondenzacija
Ako je α,β-nezasićeni proizvod naročito stabilan (npr.
benzenski prsten deo konjugovanog sistema) može
se izolovati isključivo nezasićeno jedinjenje.
Pažnja:
CH3 O
α
2 H3C C
H
CH
2-metilpropanal
NaOH/H2O
CH3 OH CH3
β α
CH3CH C
H
CCHO
CH3
.. : OH
.. , H2O
∆
(- H2O)
dehidratacija
nije moguca
3-hidroksi-2,2,4-trimetilpentanal
α,β-nezasićeni aldehid ne može nastati jer na
α–C–atomu nema više H–atoma, pa ne može doći do dehidratacije!
69
Aldolna kondenzacija
O
2 C H 3C H
Aldoli (ukoliko
se mogu
izolovati) i α,βnezasićena
karbonilna
jedinjenja
često se
koriste kao
intermedijari u
organskoj
sintezi:
OH
-
/H 2O
OH
A g 2O
C H 3C H C H 2 C O O H
O
OH
3 - h i d r o k s ik a r b o k s iln a k i s .
C H 3C H C H 2C H
OH
1 ) L iA lH 4 / a p s . e t a r
2 ) H +, H 2O
a ld o l
C H 3C H C H 2 C H 2O H
ili
N a B H 4/C H 3 O H
1 , 3 - d io l
ili
H 2 /P t
∆
- H 2O
A g 2O
O
CH3C H
C H3 C H
H 2/P t
CHCH
α , β - n e z a s ic e n i a ld e h id
CHCOOH
C H 3 C H 2C H 2 C H 2O H
1 ) L iA lH 4 /a p s . e ta r
2 ) H + , H 2O
il i
N a B H 4/C H 3 O H
C H3C H
C H C H2 O H
Ukrštena aldolna kondenzacija
Neselektivna ukrštena aldolna reakcija!
OH
CH3CHO + CH3CH2CHO
etanal
NaOH/H2O
propanal
H3C C CHCHO
H CH3
..: Nu - je CHCHO
CH3
OH
+
CH3CH2
C CH2CHO
Kada reaguju 2
različita karbonilna
jedinjenja nastaje
složena smesa
aldolnih proizvoda:
..: Nu - je CH2CHO
H
OH
+
H3C C CH2CHO
..: Nu - je CH2CHO
H
OH
+
CH3CH2
C CHCHO
H CH3
..: Nu je CHCHO
CH3
70
Ukrštena aldolna kondenzacija
Selektivna ukrštena aldolna kondenzacija!
O
O
HCH + CH3C
α
CH2
NaOH/H2O
H
OH
O
H C
CH2
C CH3
H
4-hidroksi-2-butanon
nema
α-H-atome
Meñutim, moguće je
ima α-H-atome
enolizuje dajuci : Nu
: CH2
dobiti 1 aldolni
proizvod ukoliko samo
1 karbonilno jedinjenje
ima α–H–atome!
-
- H2O
∆
...
O.
C
O
H2C CH2CCH3
CH3
3-buten-2-on
enolatni jon
Ukrštena aldolna kondenzacija
Selektivna ukrštena aldolna kondenzacija!
O
:O:
C H + HC
benzaldehid
α
CH2
H
NaOH/H2O
OH
O
C CH2
C H
H
acetaldehid
nije izolovan
O
C
H
CH
- H2 O
C H
3-fenilpropenal
(cimetaldehid)
71
Cannizzaro–va reakcija
Aldehidi koji nemaju α–H–atom u prisustvu
koncentrovanih rastvora (vodenih ili alkoholnih) baze
podležu oksido–redukcionoj reakciji.
Nastaje smesa alkohola i soli karboksilne kiseline.
O
konc. NaOH
2 HCH
metanal
(formaldehid)
CH3OH + HCOO Na +
CHO
benzenkarbaldehid
(benzaldehid)
COO Na +
CH2OH
konc. NaOH
2
natrijum-metanoat
(natrijum-formijat)
metanol
+
fenilmetanol
(benzil-alkohol)
natrijum-benzoat
Mehanizam Cannizzaro–ve reakcije
H
C
H
.. + : OH
O
..
.. :
.. :
C O
..
:OH
..
nukleofil
(pocetni)
oksidise se
.. :O:
H
C
O
.. :
+
H
intermedijar
H
H
.. :
C O
.. +
H
..
C OH
..
alkoksidni jon
jaka baza
redukuje se
.
..O.
C
O..:
karboksilna
kiselina
nukleofil
hidridni jon :H
"-" šarža na O pomaze otcepljenje
hidridnog jona
COO
CH2OH
-
+
72
Ukrštena Cannizzaro–va reakcija
Reaguju dva različita aldehida bez α–H–atoma –
jedna komponenta se uvek uzima u višku.
Formaldehid se lako oksidiše (veoma reaktivan, lakše
će ga napasti nukleofil) – uzima se kao komponenta
u višku.
CHO
CH2 OH
O
+
HCH
konc. NaOH
+
+ HCOO Na
formaldehid
natrijum-formijat
OCH3
OCH3
4-metoksibenzenkarbaldehid
(p-metoksibenzaldehid)
(anisaldehid)
(4-metoksifenil)metanol
(p-metoksibenzil-alkohol)
Halogenovanje aldehida i ketona
Halogeni reaguju sa ugljenikom u susedstvu
karbonilne grupe (α–C–atom) aldehida i ketona.
Halogenovanje može da se vrši u kiseloj ili baznoj
sredini – obim halogenovanja zavisi od toga da li
je sredina kisela i li bazna.
H O
α
C C R + X2
X2 = Cl2, Br2, I2
kiselina ili baza
(H+ ili OH )
X O
α
C C R + HX
α-halogen
karbonilno
jedinjenje
73
Halogenovanje aldehida i ketona
U baznoj sredini reakcija se vrši do potpunog halogenovanja α–
C–atoma – do zamene svih α–H–atoma halogenom.
U kiseloj sredini α–halogenovanje staje posle uvoñenja prvog
atoma halogena – nastaju monohalogenkarbonilna jedinjenja.
Cl O
Cl2, NaOH/H2O
O
H3C C C CH2CH3
(bazna sredina)
Cl
CH3CH2CCH2CH3
O
Cl2, CH3COOH
CH3CHCCH2CH3
(kisela sredina)
Cl
Br O
Br2, NaOH/H2O
H O
Br
(bazna sredina)
C C H
Br
H C C H
H
H O
Br2, CH3COOH
Br
(kisela sredina)
C C H
H
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
α,β-nezasićeni aldehidi i ketoni tzv. konjugovani
ENONI
α,β-nezasićeni aldehidi i ketoni su stabilniji od svojih
nekonjugovanih izomera
..
O:
H2C CH
CH
.. : O:
.. : O:
H2C CH
+
H2C CH
CH
+
CH
rezonanciona stabilizacija akroleina
Laboratorijska sinteza:
H2C OH
HC OH
H2C OH
O
KHSO4
∆
H2C CHCH + H2O
akrolein
glicerol
74
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
Adicione reakcije α,β-nezasićenih karbonilnih
jedinjenja se klasifikuju kao:
1,2-adicije (učestvuje samo jedna π–veza
konjugovanog sistema),
1,4-adicije (učestvuju obe π–veze
konjugovanog sistema).
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
1,2-Adicija polarnog reagensa A–B
O
C
O
C
C
C
_
+
δ+ δ
A B
C
C
B
A
1,2-adicija
na dvostruku C-C vezu
A
O
elektrofilni
deo
nukleofilni
deo
C
C
B
C
1,2-adicija
na karbonilnu grupu
75
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
1,4-Adicija polarnog reagensa A–B
O
O
β
C
_
C
α
C
δ+ δ
A B
+
1,4-adicija
C
β α
A
C
C
B
elektrofilni
deo
A=H
1,4-adicija
C
O
β α
nukleofilni
deo
H
O
C
C
izomerizacija
B
C
C
B
H
C
Čini se da je došlo
do 1,2-adicije NuH
na dvostruku vezu C-C!!!
keto-oblik
enol-oblik
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
Nukleofili koji mogu da stupe u 1,4-adiciju:
halogenovodonici,
Grignard-ov reagens,
voda (kisela– ili bazna–kataliza),
alkoholi (kisela– ili bazna–kataliza),
cijanovodonik (kisela–kataliza).
HX
(HX = HCl, HBr, HI)
H2 O
C
α
C
C
C
X
H
C
β
α
O
C
α
C
β-halogen
karbonilno
jedinjenje
O
C
β-hidroksi
karb. jed.
OH H
O
β
β
C
1,4-adicija
ROH
C
β
O
C
α
β-alkoksi
karb. jed.
C
OR H
HCN
C
β
α
C
O
C
β-cijano
karb. jed.
CN H
76
α,β-Nezasićeni aldehidi i ketoni
O
O
CH + HBr
H2C CH
H2C CHCH
propenal
(akrolein)
Br H
3-brompropanal
(β-brompropionaldehid)
O
H2C CH
CCH3 + H2O
O
Ca(OH)2
H2C
3-buten-2-on
CHCCH3
OH H
4-hidroksi-2-butanon
O
H3C
C CH
H3C
CCH3
+ CH3OH
O
H2SO 4
H
H3CO
4-metil-3-penten-2-on
4-metoksi-4-metil-2-pentanon
O
CCH
CHCCH3
(CH3)2C
CH2 + KCN
O
H2SO 4
1-fenilpropenon
CCH
CH2
H
CN
4-okso-4-fenilbutanonitril
Mehanizam 1,4-adicije HBr
: O:
C
C
β
α
1
C
H
+
..
O
C
C
β
α
C
Br
..
:O
H
C
C
β
α
..
:O
H
C
+
+
C
C
β
α
H
C
rezonancijom stabilizovan katjon
elektrofil
1 protonovanje
1 Elektrofilni deo reagensa, proton, se adira na kraj konjugovanog sistema
na karbonilni O (ne na β-C-atom) jer tako nastaje
najstabilniji intermedijarni katjon stabilizovan rezonancijom,
kod koga je "+" šarža na C-atomima.
77
Mehanizam 1,4-adicije HBr
+..
O
- ..
: Br
.. :
+
nukleofil
bromidni jon
C
C
β
α
C
H
2
Br
elektrofil
α
β
C
C
..
O
..
C
H
enol-oblik
3
H
β
Br
2 nukleofilni napad na β-C-atom
C
C
α
C
..
O..
3 tautomerizacija
keto-oblik
β-halogen karbonilno jedinjenje
2 Nukleofilni deo reagensa, negativni jon, napada β-C-atom
(ne karbonilni C) jer tako nastaje stabilniji proizvod.
Adicija Grignard-ovog reagensa
OH
1,2-adicija
O
CH3CH CH C CH3
CH3CH CH C CH3
CH3
1. CH3MgI
2. H2O/H+
2-metil-3-penten-2-ol
(glavni proizvod)
-Mg(OH)I
1,4-adicija
O
CH3CH CH2 C CH3
CH3
4-metil-2-pentanon
(sporedni proizvod)
78
Adicija Grignard-ovog reagensa
Adicija Grignard-ovog reagensa kod α,β-nezasićenih
aldehida odigrava se generalno na karbonilnoj grupi
(1,2-adicija) pri čemu nastaje nezasićeni alkohol.
Adicija Grignard-ovog reagensa kod α,β-nezasićenih
ketona odigrava se i kao 1,4-adicija, pri čemu nastaje
i β-alkilovani keton kao sporedni proizvod.
Kod voluminoznijih i sterno zaštićenih α,βnezasićenih ketona dominantna je 1,4-adicija pa je βalkilovani keton glavni proizvod.
79
Download

ALDEHIDI I KETONI