View
218
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
• Sammanfattning1) Introduktion2) Organiska reaktioner3) Mekanismer
4) Reaktioner och reagens
Föreläsning 20 F20
A) RadikalreaktionerB) Joniska reaktioner
C6H6O
CH3CH2OH
C C
OH
H
H
H
H
H
Summaformeln anger hur många atomer det finns av varje slag utan att ge någon strukturinformation. Användbart vid sökning i kataloger och databaser.
Formeln ger viss strukturinformation. I detta fall ser vi att en metylgrupp och en hydroxylgrupp är bundna till en metylengrupp.
Streckformeln (dash formula) ger information om hur atomerna är bundna till varandra.
Ett förenklat skrivsätt (bond line formula) används oftast i organisk kemi. Varje vinkel eller avslutad linje symboliserar en kolatom. Alla heteroatomer (t.ex. kväve, syre, klor) markeras. Väten ritas normalt inte ut om de inte är bundna till en heteroatom eller behövs för att förtydliga.
Kulmodell (ball and stick) är ett sätt att rita en tredimensionell bild av en molekyl.
OH
H
H HOH
HH
Newmanprojektionen är ett annat sätt att åskådliggöra det tredimensionella utseendet hos en molekyl. Molekylen ritas sedd framifrån den centrala bindningen. De tre främre bindningarna ritas framför cirkeln och de tre bakre dolda bakom cirkeln. Beroende på konformationen kan Newmanprojektionen ritas i kryssform eller i eklipsform.
En kalottmodell (space filling) är den bästa ritade modellen av en molekyl. Här syns tydligt vilket volym som varje atom upptar. Tyvärr krävs oftast datorhjälp för att rita dessa.
H
H
H
OH
HH
kryssform eklipsform
21.1 Organisk-kemisk ritteknik
CH3
HO HHO H
CH3
H H
En Fischerprojektion är ett tredje sätt att åskådliggöra det tredimensionella utseende hos molekyler. Horisontella linjer representerar grupper som sticker ut från planet medan vertikala linjer representerar grupper som ligger i eller bakom planet.
HOH
CH3
H H
CH3
H OH
1. Introduktion F20
• Grundläggande kunskap
En karbokatjon, vilket innebär att en elektron saknas. Observera att laddningar oftast ritas med ring runt för att skilja från ett vanligt plustecken.
En radikal, det vill säga en oparad elektron.
En karbanjon, det vill säga en elektron för mycket. En minusladdning indikerar att det finns ett elektronpar som ibland ritas ut.
R-, R'-, R"- Olika odefinierade alkylgrupper.
Ar- En odefinierad aromatisk grupp.
Ph- - Olika sätt att rita en fenylgrupp.
X- En odefinierad grupp, ofta en halogen eller lämnande grupp.
En reaktionspil.
Flera reaktionssteg efter varandra.
En jämviktspil.
En resonanspil. Observera att resonanspilar endast får användas för resonansstrukturer. Dessa ska ritas inom hakparentes:
En krökt pil som används för att visa elektronflöden i reaktionsmekanismer. Krökta pilar ska alltid starta från nukleofilen och gå till elektrofilen.
En halv krökt pil (fiskkrokspil) som används för att visa att endast en elektron flyttas. Används framför allt i radikalmekanismer.
Pil för att markera dipolmoment. Pilspetsen går mot den atom som har högst elektronegativitet
R H Stereokemi indikerat i en struktur. Den feta linjen betyder att bindningen sticker ut från papperets plan medan den streckade linjen indikerar att bindningen ligger bakom papperets plan.
R HVåglinjer betyder att stereokemin är odefinierad, okänd eller att vi har att göra med en blandning av olika stereoisomerer.
En retrosyntespil.
21.2 Stereokemiska termer
E/Z
s-cis/s-trans
cis/trans
+/–
syn/anti
D/L
R/S
Används för alkener. E, entgegen, betyder att de två grupper med högst prioritet sitter på olika sidor av dubbelbindningens plan. Z, zuzammen, betyder att de två grupperna sitter på samma sida. (3.2)
Används för alkener. Cis betyder att två lika grupper sitter på samma sida om dubbelbindningens plan. Trans betyder att de två grupperna sitter på olika sidor. Cis/trans är ofta använt men inte lika entydigt som E/Z. (3.2)
E
Z
trans
cis
Används för diener. Med S-cis menas att de båda dubbelbindningarna sitter i ett plan och riktade åt samma håll. (12.3.2)
s-cis s-transAnvänds för föreningar som uppvisar optisk aktivitet vilket mäts i en polarimeter. (6.3)
Används vanligen för reaktioner. Med en syn-addition menas att två grupper kommer in från samma sida i en reaktion. Med anti menas att de kommer in från olika håll. (6.1)
Äldre sätt att ange stereokemi. Används dock fortfarande mycket framför allt inom kolhydrat- och aminosyrakemi. Med D, dextrorotatory, menas att stereocentrat har samma konfiguration som D-glyceraldehyd medan L, levorotatory, betyder att stereokemin är samma som för L-glyceraldehyd. (6.1)
exo/endo
CHOH OH
CH2OH
CHOHHO
CH2OH
D-glyceraldehyd L-glyceraldehyd
Används för grupper i bicykliska system. Med endo menas att gruppen sitter bort från den viktigaste bron, oftast den kortaste, medan exo innebär att den sitter riktad mot bron. (6.1)
syn
AB
anti
A
B
Cahn-Ingold-Prelogs system för stereocenter. Stereocentrat betraktas uppifrån med den lägst prioriterade gruppen nedåt. Om ordningen för de övriga tre är medsols anges stereocentret som R, om motsols som S. (6.1)
OH OH1
2 3
1
23
R S
endo
exo
huvudbrygga
1. Introduktion F20
• Grundläggande kunskap21.3 Isomeri
Är summaformelnsamma?
nej olika ämnen
Skiljer bara(-CH2-)n?
nej
Ja
homologer(3.1)
inte homologer
Är molekylerna identiska?
sammaämne
nej
Inte heller efter alla tänkbara
konformations-ändringar?
konformerer(4.4)
ex. metan,etan, propan
ex.
Isomerer
Kommer atomerna i samma följd?
strukturisomerer(konstitutionella isomerer, 4.1)
ex.
stereoisomerer(4.1)
Är molekylernaspegelbilderav varandra?
diastereomerer(6.1)
ex.
Finns symmetriplan? mesoförening(6.2)
enantiomerer(6.1)
ex.
Cl Cl
Br Br
ja
ja
jo
ja
nej
nej
ja
ja
nej
Nej
H
H
Cl
ClH
Cl
ClH
OHOH
ex.
symmetriplan
Cl
H Cl
H Cl
H H
ClCl Cl
Br Br
1. Introduktion F20
• Grundläggande kunskap21.5 Krafter inom och mellan molekyler
Interaktion Styrka Typ Exempel ÖvrigtJon-jonbindning Mycket stark
(mer än 500 kJ/mol,beroende avkristallstrukturen)
NaCl
NaCl, NaOAc, K2CO3 De starka bindningarna inom kristaller gör attsmältpunkten för joniska föreningar blir myckethög (300–1000°C). (1.4)
Kovalent bindning Stark(~150–550 kJ/mol)
H H
CH3 CH3
CH3 I
H-H (435kJ/mol)
CH3-CH3 (368 kJ/mol)
CH3-I (234 kJ/mol)
Finns i alla molekyler. Två atomer delarelektronpar för att uppnå full oktett. Styrkan hosbindningen beror på hur bra överlappet ärmellan orbitalerna. (1.5)
Jon-dipolinteraktion Medelstark
OH
HNa
bSalter upplösta i vatten Viktig vid upplösning av joner i polära
lösningsmedel (opolära lösningsmedel löseroftast joner dåligt). (5.3.1)
Dipol-dipolinteraktion Svag(ofta mindre än 5kJ/mol, väte-bindningarundantagna)
O Ob bbb
Aceton, metylklorid,dimetylformamid
Styrkan av dipol-dipolinteraktionen är beroendeav polariteten hos föreningen. Polariteteten mätssom dipolmoment. Hög polaritet ger högakokpunkter (t.ex. DMF, DMSO). (5.3.2)
Vätebindning Svag till medelstark(5–40 kJ/mol)
O
H
OHbb
H2O, EtOH, HF, NH3 Vätebindning är en form av stark dipol-dipolinteraktion som bildas mellan väteatomerbundna till kraftigt elektronegativa atomer(O,N,F) och fria elektronpar på dessa atomer.Ger höga kokpunkter (t.ex. EtOH 78°C, MeOMe-25°C). Mycket viktig i biologiska system. (5.3.3)
Dispersionskrafter(Londonkrafter ellervan der Waals-interaktioner)
Varierande(beror på molviktoch utseende)
b b
bb
bb
b
b
b
b
Metan, heptan Inducerade dipoler ger svaga interaktioner somgör att även opolära ämnen kan kondenseras.Storleken på interaktionerna beror påföreningens polariserbarhet och utseende.Långa molekyler har högre kokpunkt änkompakta (t.ex. n-butan, –138°C och t-butan,–160°C). (4.2)
21.4 Namngivning av enklare organiska föreningar1) Bestäm vilken funktionell grupp som har högst prioritet (se tabell 1). Denna grupp anges som suffix i namnet medan samtliga andra grupper blir prefix (se tabell 1 och 3).
störst antal funktionella grupperflest multipelbindningarlängst kedjaflest dubbelbindningarlägsta nummer på funktionella grupperlägsta nummer på multipelbindningarlägsta nummer på dubbelbindningarmaximalt antal substituenterlägsta nummer på substituenterlägst nummer på den substituent som står först i namnet
2) Välj huvudkolkedja som den funktionella gruppen ingår i enligt:
3) Huvudkolkedjans namn anges av hur många kolatomer som ingår i den (se tabell 2) samt med suffix för vilken typ av kolväte det är frågan om (-an för alkaner, -en för alkener och -yn för alkyner).
4) Numrera kolatomerna så att den viktigaste funktionella gruppen får så lågt nummer som möjligt, därefter så att övriga grupper får så lågt nummer som möjligt. Positionen för en substituent i kolkedjan kallas för lokant.
5) Ange eventuell stereokemi för dubbelbindningar och stereocentra (avsnitt 20.2).
6) Namnet konstrueras enligt:
a) lokant och stereokemi för dubbelbindningar och stereocentrab) prefix med multiplicerande prefix (se tabell 4) och lokant i bokstavsordningc) huvudkolkedjans namnd) kolvätesuffix med multiplicerande prefix samt eventuella lokanter för alkener och alkynere) funktionella gruppens suffix och eventuellt lokant och multiplicerande prefix
OHBr
O Viktigaste funktionell grupp. Suffix -syraOH
OHBr
OHuvudkolkedja är en alken med 8 kolatomer.
OH
OHBr
OHuvudkolkedjans namn blir okten
OH
OHBr
O
12345678
OH
OHBr
OOH
E-dubbelbindning i position 3R-stereocenter i position 5
(5R,3E)-8-Bromo-5-hydroxi-okta-3-ensyra
a)b)c)d)e)f)g)h)i)j)
1. Introduktion F20
• Namngivning
OH
O
OR
O
X
O
NH2
O
OH
O
OH
SH
NH2
CN
-karboxylsyra
Alkyl...-karboxylat
-karbonylhalid
-karboxamid
-karbonitril
-karbaldehyd
-on
-ol
-tiol
-amin
karboxy-
alkoxykarbonyl-
haloformyl-
karbamoyl-
cyano-
formyl- *
oxo-
hydroxi-
merkapto-
amino-
suffix(med kol)
prefix(med kol)
formel
SO3H -sulfonsyra sulfo-
suffix(utan kol)
-syra
---
Alkyl...-oat
-oylhalid
-amid
-nitril
-al
-on
* Om kolet inte räknas in kan även prefixet oxo- användas för aldehyder.
nummer prefix prefix*2345678
ditritetrapentahexaheptaokta
bistristetrakispentakishexakisheptakisoktakis
antal kol1234567891011121314151617181920212230313240506070100
namnmetanetan
propanbutanpentanhexanheptanoktannonandekan
undekandodekantridekan
tetradekanpentadekanhexadekanheptadekanoktadekannonadekan
eikosanheneikosan
dokosantriakontan
hentriakontandotriakontantetrakontanpentakontanhexakontanheptakontan
hektan
Tabell 1 Funktionella grupper Tabell 2 Kolvätenamn
Cl
Br
F
I
NO2
N3
OR
fenyl-
fluoro-
kloro-
bromo-
jodo-
nitro-
azido-
alkoxi-
Ofenoxi-
NO nitroso-
SR alkyltio-
Tabell 4 Multiplicerande prefixTabell 3 Substituenter
* Gäller för substituerade substituenter
2. Organiska reaktioner F20
• Grundreaktioner:Vad som sker:
H
O1) NaBH4
2) H2OOH
butanal 1-butanol
A) Syra-basreaktionerB) RedoxreaktionerC) SubstitutionerD) EliminationerE) AdditionerF) Omlagringar
2. Organiska reaktioner F20
A) Syra-basreaktioner-Protoner flyttas
-Mycket vanligt som delsteg i organiska reaktionsmekanismer
O
O
O
O + H3OH + H2O
H3O
O
HH H
O
H
H
H
H
Brønsteds definition (4.5.1)
Lewis definition (4.5.1)B
F
F
FNMe3
Lewissyra Lewisbas
B
F
F
F NMe3
Syrastyrka (4.5.5)HA + H2O H3O + A
Ka =[H3O ] [A ]
[HA]pKa = -lg10Ka
jämförs alltid med vattenju lägre pKa desto starkare syra
Vad påverkar syrastyrkan?
Hybridisering (4.5.6)H
H H
pKa
sp sp2 sp3
(% s-karaktär)2550
4433
5025
Periodiska systemet (5.5.2)50
CH4 NH338
H2O16
HF3
H2S7
HCl-7
H2Se4
HBr-9HI-10
i en rad ökar syrastyrkan åt höger eftersom H-X-bindningen polariseras mer ju kraftigare elektronegativ X äri en kolumn ökar syrastyrkan neråt eftersom atomerna blir större vilket minskar laddningstätheten och H-X-bindningen försvagas
Induktiva effekter (4.5.1)
Resonans (5.4.5, 15.1.1)
en syra är en protondonator och en bas är en protonacceptor
O
OH NMe3
O
O H-NMe3Brønstedtsyra Brønstedtbas
en syra är en elektronparsacceptoren bas är en elektronparsdonator
elektrondragande grupper stabiliserar anjoner
resonans kan stabilisera anjoner
O
OH F3C
O
OHpKa = 5 pKa = 1
O O O OOH Bas
pKa = 10
21.6 Syror och baser
2. Organiska reaktioner F20
A) Syra-basreaktioner
21.7 Viktiga pKa-värdensyra pKa kommentarerHI I + H -10 jodvätesyra
H2SO4 HSO4 + H -9 svavelsyra
HBr Br + H -9 bromvätesyra
HCl Cl + H -7 saltsyra
SO
OOH S
O
OO + H
-6 p-toluensulfonsyra,pTSA, viktig syra,löslig i mångaorganiskalösningsmedel
H3O H2O + H -2 oxoniumjon
HNO3 NO3 + H -1 salpetersyra
F3C
O
OH + HF3C
O
O0 trifluorättiksyra
HF F + H3 fluorvätesyra
varning, djupafrätskador!
NH3 NH2 + H 3–5 aromatiskaammoniumjoner
R
O
OH + HR
O
O4–5 karboxylsyror
H2CO3 HCO3 + H6 natriumvätekarbonat
vanlig vid extraktion
NH4 NH3 + H 9 ammoniumjon
OH O + H 10 fenol
O O
H H
O O
H+ H
9 mycket sur på grundav två elektron-dragande grupper
syra pKa kommentarerCH3NO2 CH2NO2 + H 10 nitrometan, relativt
sur på grund avinduktiv effekt frånnitrogruppen
RNH3 RNH2 + H 10–11 alifatiskaammoniumjoner
H H
+ H
16 cyklopentadien bliraromatisk vid deprotonering
H2O HO + H16 natriumhydroxid är
en viktig bas
ROH RO + H 16–18 natriummetoxid är envanlig bas
O
+ HH
HH
O
H
H 19–20 ketoner
CH3CN CH2CN + H25 nitriler är relativt sura
på grund avcyanogruppen
EtO
O
+ HH
HH
EtO
O
H
H 25 estrar är mindre suraär ketoner
H H H + H25 alkyner är relativt
sura på grund avsp-hybridisering
H2 H + H35 natriumhydrid är en
vanlig bas
NH3 NH2 + H38 litiumamid är en
vanlig bas
H
H H
H H
H H
+ H44 alkener är surare än
alkaner på grund avsp2-hybridisering
CH4 CH3 + H48 många
metallorganiskareagens är kraftigabaser ochnukleofiler,exempelvisMeMgBr och MeLi
2. Organiska reaktioner F20
A) Syra-basreaktioner
2. Organiska reaktioner F20
B) Redoxreaktioner
H
C
HO
O
metanoloxidationstal -II
H
C
H
OH C O
H
H
H
formaldehydoxidationstal 0
oxidation oxidation
myrsyraoxidationstal +II
metanoxidationstal -IV
H C H
H
H
oxidationC O
koldioxidoxidationstal +IV
oxidationO
Reduktion
Oxidation
Oxidation -ökning av bindningar till syre och/eller minskning av bindningar till väte (elektroner avges) Reduktion -minskning av bindningar till syre och/eller ökning av bindningar till väte (elektroner tas upp)
-Elektroner flyttas
21.20 Redoxreaktioner
C
H
H H
H O
CHH
O
COHH
C OH
H
H
H
O
C
O
koldioxidmyrsyraformaldehydmetanolmetan
oxidationreduktion
Med oxidation menas att andelen atomer som är mer elektronegativa än kol ökar i en förening. I organisk kemi brukar oxidation betyda att antalet bindningar till syre ökar och/ eller att antalet bindningar till väte minskar. Vid en oxidation avges elektroner.
Med reduktion menas att antalet bindningar till syre minskar och/eller att antalet bindningar till väte ökar. Vid en reduktion upptas elektroner.
Reduktionsreagenshydrogenering
RR
R R
H2, PtR
R
H2, PtR
R
R RH2, CaCO3 R R
alkalimetall i ammoniak
R RLi/ NH3 (l)
R
R
R NO2H2, Pt
R NH2
11.2.2
11.2.7
11.2.7
15.2
11.2.7
Li/ NH3 (l)
15.5
hydridreagens O
YR
LiAlH4 eller NaBH4
16.2.1
OH
YRH
O
XR
Y = R, H
Y = lämnande grupp
LiAlH4
17.2.1
OH
HRH
O
NHRR
LiAlH4
17.4.2
NHR
HRH
Oxidationsreagens
OHR
HH
O
HR
O
OHR
OHR
HH
OHR
HR
OHR
RR
O
RR
CrO3, H2O
CrO3, H2O
CrO3, H2O
PCC
kromtrioxid, CrO3
pyridiniumklorkromat, PCC
kaliumpermanganat, KMnO4R
R KMnO4
0°C
R R
HO OH
RR KMnO4
100°C2
O
OHR
R COOHKMnO4
100°C
osmiumtetraoxid, OsO4 RR
R R
HO OH
OsO4
persyror, RCOOOH
RR
R R
O
RCOOOH
O
R'R
O
OR'RRCOOOH
ozon, O3R
RO
HR
1) O3
2) Zn, HOAc
R R 2O
OHR
1) O3
2) Zn, HOAc
2
8.2.5
8.2.5
8.2.5
8.2.5
11.2.6
11.2.6
15.4.2
11.2.6
11.2.6
11.2.7
11.2.6
16.2.7
2. Organiska reaktioner F20
B) Redoxreaktioner
2. Organiska reaktioner F20
C) Substitutioner-Någon grupp byts ut
H3C Br BrCH3OHHODMF
22 °C
-Exempel 1: Bimolekylär Nukleofil substitution
-Exempel 2: Elektrofil aromatisk substitutionBr
Br2/FeBr3
-Exempel 3: Radikalhalogenering
CH4 Cl2 CH3Cl HClUV-ljus
2. Organiska reaktioner F20
D) Eliminationer-Någon grupp tas bort
-Exempel: Bimolekylär elimination
Br
H
MeO+ MeOH + Br
2. Organiska reaktioner F20
E) Additioner-Någon grupp läggs till
-Exempel 1: Addition till dubbelbindning
H
H X = Cl, Br, I
X H
HHH X
-Exempel 2: Addition till karbonylgrupp
HH
ORMgBrR OH
H
OR OH H OH
LiAlH4
or NaBH4
LiAlH4
or NaBH4
OR OH H OH
LiAlH4
or NaBH4
OMe
OR OH H OHR LiAlH43°
3°
2°
1° 1°
1°
2
1°
RMgBr
RMgBr
RMgBr
OHH
H
2. Organiska reaktioner F20
F) Omlagringar-Molekylen byggs om utan att vare sig lägga till eller ta bort
-Exempel 1: Omlagring av karbokatjon
-Exempel 2: Diels-Alderreaktionen
2° karbokatjon(mindre stabil)
CH3
övergångstillstånd 3° karbokatjon(mer stabil)
CH
H
H
H
CH
H
H
Hkarbanjon proton
CH
H
H
H
karbokatjon hydridjon
CH
H
H
Hradikaler
3. Mekanismer F20
• Reaktiva intermediat:
21.23 KarbanjonerFöreningar med negativ laddning på ett kol, oftast sp3-hybridiserade.
Karbanjoner genereras nästan alltid via syra-basreaktioner, syrastyrkan är ett mått på hur väl karbanjonen kan stabiliseras.
Stabilitet Karbanjoner har en hel negativ laddning och stabiliseras genom:
Struktur
Framställning
Reaktioner Karbanjoner fungerar vanligen som nukleofiler i organiska reaktioner. De är dock oftast tämligen basiska varför inga starkare syror får finnas närvarande vid reaktionen. Exempelvis förstör vatten omedelbart ett Grignardreagens.
1) elektrondragande grupperO
HO
H
H
OH
H
NO2HH
Metallorganiska reagens (16.2.2)
Enolatkemi (18)
Wittigreaktionen (16.2.6)
Nitriler och acetylenider (4.5.6, 17.5.1)
Nukleofil aromatisk substitution (15.3)
CN
NH2
X
HO Cl
SNAr Bensyn
M = Mg, Li, ZnbbR M
2) resonans
3) aromaticitet
4) hybridisering
Ph3P CR2
O
EtO OEt
O
H
3. Mekanismer F20
21.21 Karbokatjoner
Föreningar med positiv laddning på ett kol. Alltid sp2-hybridiserade
Karbokatjoner måste kunna anta en sp2-hybridisering för att kunna bildas:
Stabilitet Karbokatjoner har en hel positiv laddning och stabiliseras genom:
Struktur
Framställning
Reaktioner
1) elektrondonerande grupper
2) resonans
3) aromaticitet
Tom p-orbital
> >> > >
En dåligt stabiliserad karbokatjon omlagras lätt till en mer stabil:
Br
Nu SN1 (9.5)
E1 (10.1)-H
NuSubstitution/elimination
Addition till dubbelbindningar,följer Markovnikovs regel (11.2.1)
HBr+ HBr
X
E
X
E
XHE
Elektrofil aromatisk substitution (14)H
> > Me
21.22 Radikaler
Föreningar med oparade elektroner, oftast sp2-hybridiserade.
Radikaler genereras på i huvudsak fyra olika sätt:
1) alkalimetaller i flytande ammoniak
2) UV-ljus
3) Värme
4) användning av stabila radikaler
Stabilitet
> > > > >
Li/NH3 LihiCl2 2 Cl
ROOR värme 2 RO
Radikaler saknar en elektron och stabiliseras därför av:
Struktur
Framställning
Reaktioner Radikalhalogenering. Exempel på kedjereaktion (4.6)
Radikaladdition av vätebromid. Ger antimarkovnikovaddition. (11.2.4)
Polymerisation (11.2.5)
Reduktion av alkyner, ger antiaddition av vätgas (11.2.7)
Allylisk substitution, kräver låg koncentration av brom. (12.1)
Birchreduktion (15.5)
1) elektrondonerande grupper, exempelvis metylgrupper2) genom resonans, exemplevis allyliska och bensyliska radikaler
HBr
ROORBr
H
CH4
Cl2
UV-ljusCH3Cl + HCl
H H
n
ROOR
Li/NH3
H
H
HBr
ROORBr
H H
H H
Li/NH3/MeOH
Me > >
3. Mekanismer F20
A) Radikalreaktioner3. Mekanismer F20
Cl Clhi
(UV-ljus)Cl Cl
Cl
ClCH
HH
HHCl CH3
CH3 Cl Cl CH3Cl
ClCH3 CH3Cl
•initiering
•propagering
•terminering
B) Joniska reaktioner-Nukleofiler har gott om elektroner och en hel eller partiell minusladdning
-Elektrofiler har ont om elektroner och en hel eller partiell plusladdning
-Reaktioner styrs antingen av en bra elektrofil eller av en bra nukleofil
-Basiska reaktioner brukar styras av nukleofiler medan sura reaktioner brukar styras av elektrofiler
3. Mekanismer F20
B) Joniska reaktioner-Basiska reaktioner brukar styras av nukleofiler
Nu E Nu E
H3C Br BrCH3OHHODMF
22 °C
-Exempel 1: Bimolekylär nukleofil substitution
3. Mekanismer F20
B) Joniska reaktioner-Basiska reaktioner brukar styras av nukleofiler
Nu E Nu E
-Exempel 2: Nukleofil addition till karbonylgrupp
O
H3B-H
O
H
3. Mekanismer F20
B) Joniska reaktioner-Sura reaktioner brukar styras av elektrofiler
-Exempel 1: Elektrofil aromatisk substitution
Nu E Nu E
BrHBr
Br
FeBr4
nukleofil elektrofil σ-komplex(areniumjon)
+ HBr + FeBr3
3. Mekanismer F20
B) Joniska reaktioner-Sura reaktioner brukar styras av elektrofiler
-Exempel 2: Addition till karbonylgrupp under sur katalys
Nu E Nu E
O
H
ROH
H
O
H
H
ROH
OH
HRO
H
3. Mekanismer F20
B) Joniska reaktioner-Den lämnande gruppen är viktig
3. Mekanismer F20
OH
H3O
OH2
HO-, dålig lämnande gruppH2O, bra lämnande grupp
ClH
OHSN2
SN1
HO
E2
H
E1
A) Joniska reaktioner4) Reaktioner och reagens F20
• Grundläggande kunskapNamn SN2, bimolekylär nukleofil
substitution (9.3)SN1, monomolekylär nukleofilsubstitution (9.5)
E1, monomolekylärelimination (10.1)
E2, bimolekylär elimination(10.2)
Mekanism
H
HX
HNu
H
HNu
HX
X
Nu
NuX
HBas
XHBas
Kinetik v = k [substrat] [nukeofil] v = k [substrat] v= k [substrat] v = k [substrat] [bas]
Energidiagram
TS
�G‡
�G
�G°
H
HX
H
H
HNu
H
H
HNu
HXbb
Xbb
TS1 TS2
�G‡(1)
�G
�G‡(2)
X �G°
Nu
Nub b
Xbb
TS1 TS2
b
�G‡(1)
�G
�G‡(2)
HBas
b
X �G°
TS
�G‡
�G
�G°
XHBas
b
b
Antiperiplant TS krävs
XH
Stereokemi/regiokemi
Inversion Racemisering. Nukleofilen kanattackera från båda sidorna avden plana karbokatjonen
Följer oftast Zaitsevs regel.Den mest substitueradealkenen bildas
Följer oftast Zaitsevs regel.Undantag vid mycket hindradebaser
Substrat(elektrofil elleralkylhalogenid)
Metyl > primär > sekundär >> neopentyl > tertiär.Praktiskt sett sker inte SN2med tertiär och neopentyl.
Reaktiviteten bestäms av hurlätt karbokatjonen kan bildas. Tertiära, allyliska och bensyliska substrat reagerar lätt enligt
Se SN1 Antiperiplant övergångs-tillstånd krävs. Primärt, sekundärt eller tertiärtsubstrat går bra.
Lämnandegrupp
Relativt stabil, svag bas.ex. TfO , TsO , I
Svag bas som är stabiliserad ipolärt protiskt lösningsmedelex. H2O, I , Br
Se SN1 Se SN2
Lösningsmedel Polärt aprotisktex. DMF, DMSO
Polärt protisktex. H2O, EtOH
Se SN1 Polära, oftast protiska,lösningsmedel
Nukleofil/bas Negativt laddade, ohindradejoner ex. OH , F
Svaga, ofta oladdade, ohindradenukleofiler. Solvolys
Svaga, hindrade baser, oftalösningsmedlet.
Starka hindrade baserex. KtOBu
Övrigt E1 är ofta en bireaktion. SN1gynnas av lägre temperatur.
SN1 är ofta en bireaktion. E1gynnas av högre temperatur.
E2 gynnas av högretemperatur.
SN1
21.9 Substitutioner och eliminationer
4) Reaktioner och reagens F20
• Nukleofiler är reagens som söker sig till positiva center (9.2.1)• En negativt laddad jon är alltid en bättre nukleofil än vad dess konjugerade syra är ex. HO- är starkare än H2O• Steriska hinder minskar nukleofiliciteten ex. tBuO- är en relativt stark bas men en dålig nukleofil• Nukleofiliciteten är beroende av lösningsmedlet:
vatten
dimetylsulfoxid (DMSO)
dimetylformamid (DMF)
acetonitril
metanol
etanol
aceton
metylenklorid
ättiksyra
dietyleter
bensen
heptan
H2O
SO
H
O
NMe2
CH3CN
CH3OH
CH3CH2OH
O
CH2Cl2
O
OH
O
78
47
37
36
33
25
21
9
6
4
2
2
¡Vanliga lösningsmedel (5.5.3)
Polära protiska lösningsmedel (till exempel vatten)•Polära protiska lösningsmedel kan solvatisera både anjoner och katjoner
•Solvatiseringsförmågan beror av jonens laddningstäthet; en liten jon har högre laddningstäthet och solvatiseras därmed kraftigare. Detta gör att den blir en sämre nukleofil.• Nukleofilicitetsordning i polära protiska lösningsmedel (9.3.5):
HS > CN > I > HO > N3 > Br > AcO > Cl > F > H2O
Polära aprotiska lösningsmedel (till exempel DMF och DMSO)•Polärt aprotiska lösningsmedel kan bara solvatisera katjoner
•Nukleofiliciteten följer därför i stort basiciteten•Nukleofilicitetsordning i polära aprotiska lösningsmedel (9.3.2):
NH2 > OH > RS > CN > HS > N3 > F > Cl > Br > I
HO
H FNa
Na SO
21.8 Nukleofiler
A) Joniska reaktioner4) Reaktioner och reagens F20
PBr3 eller SOCl2
8.2.1
H2SO4
8.2.2
PCC
8.2.5
17.3.1
X
O
O
O
1) Na2)
8.2.2
Br
Cl
O
, pyridin O
Williamsons etersyntes
H
O
OH
OHCrO4
8.2.5
SO
OMe Cl
9.3.4O S
O
OR
Nu
Nu, SN2
OH , SN2
9.3X
X
, SN1
9.5
1) BH32) H2O2, OH
OR
O LiAlH4, RMgBr
17.2
O NaBH4, RMgBr
17.2
KMnO4, 0°C
1) RCOOOH2) OH
R-OH
Markovnikovaddition
antimarkovnikovaddition11.2.3
anti-diol11.2.6
X = Cl, Br
, E1
10.1.1
11.2.1
syn-diol11.2.6
H3O
H3O
H3O
21.11 Alkoholers reaktioner
A) Joniska reaktioner4) Reaktioner och reagens F20
R-NH2
RNR
R-X
8.3.1
17.4.1
16.2.5R' H
NR
oxidation
8.4.2R
HN
OH
RR
R NHR
OLiAlH4
17.4.2
R-CNLiAlH4
17.5.2
R-NO2H2, Pt
15.2
R' NHR
OR' Cl
O
R' H
O
21.13 Aminers reaktioner (för aromatiska aminer se avsnitt 21.19)
17.4.1R' NHR
OR' O
O
R'
O
A) Joniska reaktioner4) Reaktioner och reagens F20
PBr3 eller SOCl2
8.2.1
RO
R'
Williamsons etersyntes (SN2)
R H
R
R
X2, OH
18.1.3
R-X
R
R
R'O
8.2.2
R OH
Cl2 eller Br2, UV-ljus
4.6.1
HBr, ROOR(antimarkovnikov)
11.2.4
Br2, H2O
11.2.1
HBr(Markovnikov)
11.2.1
Br2, UV-ljus(allylisk substitution)
12.1R
R
O
R Nu
R Nu
RR
Nu , SN2
9.3
NuH , SN1
9.5
Bas , E2
10.2R
R-Mg-X
R-LiLi
16.2.2
Mg, eter
16.2.2
R
Friedel-Craftsalkylering
Grignardering
AlCl3, aktiverad aromat
18.2.4
Zn
16.2.2
Bas , E1
10.1R
R
R-Zn (framförallt för _-bromoestrar)
21.14 Alkylhalogeniders reaktioner
Br2
11.2.1
A) Joniska reaktioner4) Reaktioner och reagens F20
B) π-system (C=C)4) Reaktioner och reagens F20
• π-bindningens elektroner är lättrörliga• alkener kan därför fungera som nukleofiler
HX
11.2.1
H3O
11.2.1
Br2
11.2.1
Br2, H2O
11.2.1
1) BH32) H2O2, OH
11.2.3
syra eller R•
11.2.5
HBr, peroxider
11.2.4
KMnO4,OH , 100°C
11.2.6
KMnO4, 0°Celler OsO4
11.2.6
H2, Pd eller Pt
11.2.2
1) RCOOOH2) OH
HX
HOH
BrBr
BrOH
HH
OHH
BrH
antimarkovnikovaddition
antimarkovnikovaddition
hydrogenering
polymerisation
OHOH
OHOH
OH
O
H OH
O
BrBr2
ljus eller peroxider
12.1O
HH
O
H
1) O32) Zn, HOAc
Markovnikovs regel: I en jonisk addition av ett osymmetriskt reagens till en dubbelbindning kommer den positiva delen av reagenset att hamna så att den stabilaste karbokatjonen bildas.
allylisk substitution
ozonolys
epoxidering följt av öppning av epoxidenger anti-addition
+
+
syn-addition
11.2.6
11.2.6
Zaitsevs regel: Vanligtvis bildas den mest substituerade dubbelbindningen.
OH
Br
H
H2, Pd/CaCO3
11.2.7
Li / NH3
11.2.7
E2
10.2
E1
10.1
anti-addition av vätgas
syn-addition av vätgas
21.10 Alkeners reaktionerB) π-system (C=C)
4) Reaktioner och reagens F20
H2, Pd eller Pt
11.2.7
H2, Pd/CaCO3
11.2.7
Li / NH3
11.2.7
Br2 (1 ekv.)
11.2.7
Br
BrBr
Br
Br
Br
Br
HBr (1 ekv.)
11.2.7
1) O32) HOAc/Zn
11.2.71) KMnO4, OH
2) Syra
11.2.7
OH
O
2
OH
O
2
HBr (2 ekv.)
11.2.7
Br
Br
CaC2 + H2Obara för etyn
10.3
NaNH2
10.3.1
SN2
10.3.1
Br2 (2 ekv.)
11.2.7
H
H
H
HH H
H
H
H
H
Br
H
Br
21.11 Alkyners reaktioner
B) π-system (C=C)4) Reaktioner och reagens F20
cykliskt system:
plant system:
helt konjugerat:
4n + 2 π-elektroner:
ej aromatiska
ej aromatiskej aromatisk
ej aromatisk
C) π-system (aromatiska system)4) Reaktioner och reagens F20
21.18 Elektrofil aromatisk substitution
Generell mekanism (14.1):
X
E
X
E
Bas
XHE
m-komplex(areniumjon)
elektrofil
Framställning av elektrofiler:halogenering(14.2.1)
X2 + FeX3 FeX4 + X (X = Cl, Br)
nitrering(14.2.2)
1/2 I2 + HNO3 + H I + NO2 + H2O
H2SO4 + HNO3 NO2 + HSO4 + H2O
2 H2SO4 H3O + HSO4 + SO3sulfonering(14.2.3)
Cl AlCl3AlCl4Friedel-Crafts-
alkylering(14.2.4)
Friedel-Crafts-acylering(14.2.4) AlCl3
O
ClC O
C O
+ AlCl4
Substituentens påverkan (14.3):
NH2
NR2
OH
OR OCORNHCOR
Cl
Br
COOH
CONHR
COH
COR SO3H
NO2
NR3
CF3
CN
aktiverande deaktiverande
orto/para-styrande meta-styrande
C) π-system (aromatiska system)4) Reaktioner och reagens F20
OH
NH2 ClCH3
ONO2
Br CN CF3
NH3
O
O
HN
O
O
alkyl
ökande aktivering ökande deaktivering
orto/para-styrning meta-styrning
-ordningen stämmer ofta även i andra reaktioner!
C) π-system (aromatiska system)4) Reaktioner och reagens F20
NO2 NH2
N2I
X
F
SO3H
O
R
NNMe2N
R
COOH
OHHO
HOOC
H2SO4 (rykande)EAS
14.2.3
Na, NH3 (liq)Birchreduktion
15.5
H2, Pd eller Pthydrogenering
15.5
RCOCl, AlCl3Friedel-Crafts-
acylering
14.2.5
RCl, AlCl3Friedel-Crafts-
alkylering
14.2.4KMnO4
oxidation av sidokedja
15.4.2
HNO3, H2SO4EAS
14.2.2
I2, H2SO4EAS
14.2.2
X2, FeX3EAS (X = Cl, Br)
14.2.1
H2, Pd eller Pthydrogenering
15.2
HONO, 5°Cdiazotering
15.2.2
KI
15.2.2
CuX (X = Cl, Br, CN)Sandmeyerreaktionen
15.2.2
NaNH2, bensyn, 15.3.1
H3PO4, 15.2.2
HBF4
15.2.2
Cu2O
15.2.2
aktiverad aromat
15.2.2
CO2, basKolbereaktionen
15.1.3
21.19 Aromaters reaktioner
C) π-system (aromatiska system)4) Reaktioner och reagens F20
orimlig resonansform
rimlig resonansform
O O
CH2 CH2
D) π-system (C=O, karbonylgruppen)4) Reaktioner och reagens F20
• Karbonylgruppen är kraftigt polär• Den kan attackeras av nukleofiler
O
X
Nu
O
XNu
X = H, R
OH
XNu
X = lämnande grupp
O
Nu+ X
D) π-system (C=O, karbonylgruppen)4) Reaktioner och reagens F20
• Karbonylgruppen är kraftigt polär• α-väten är sura
O
H H
Bas nukleofil(enolat)
O
D) π-system (C=O, karbonylgruppen)4) Reaktioner och reagens F20
• Enolat kan attackera andra karbonylföreningar
O
X
O
X = H, ROH
X
O
X = lämnande grupp
O+ X
O
O
X
O
O
X
elimination
D) π-system (C=O, karbonylgruppen)4) Reaktioner och reagens F20
•α,β-omättade föreningar
H
O
Nu
vanlignukleofiladdition
H
OH
Nu
H
O
Nu
konjugat-addition
H
Nu
OH
H
Nu
O
keto-formenol-form
F19
D) π-system (C=O, karbonylgruppen)
F204) Reaktioner och reagens
R CN
R OH R X
O
X = R', H
PCC
8.2.5
R'MgX
17.5.2
R OH
R'CrO3
8.2.5
R OH
R OH
R'
R X
OHOH
R X
OR'OR'
R X
OR'OH
R X
NR'
R X
R' R"
R OH
O
R OR'
O
LiAlH4 eller NaBH4
16.2.1
LiAlH4 eller NaBH4
16.2.1
H2O, syra eller bas
16.2.3
ROH, syra eller bas
16.2.4
ROH, syra
16.2.4
RNH2, syra
16.2.5
Ph3P, R'R"CHBr
16.2.6
RCOOOH
16.2.7
CrO3 (X = H)
8.2.5
21.15 Aldehyders och ketoners reaktioner
D) π-system (C=O, karbonylgruppen)4) Reaktioner och reagens F20
Till:
Från: R OH
O
R NHR'
O
R O
O
R
O
R X
O
R OR'
OR C N
R R'
OR NH2 R R'
HO R'R OH
R OH
O
karboxylsyra
R’NH2värme17.4.1
värme ellerRCOX och bas
17.6.2
SOCl2, PCl3eller PCl5
17.6.1
R’OH och syra 17.3.1
R’MgBr17.2.2
LiAlH417.2.1
R NHR'
O
amid
eller
17.4.2
P4O10,värme17.5.1
LiAlH417.2.1
R O
O
R
O
syraanhydrid17.1
R’NH217.4.1
R’OH ochpyridin17.3.1
R’MgBr17.2.2
LiAlH417.2.1
R X
O
syrahalid17.1
R’NH217.4.1
RCOOH, bas17.6.2
R’OH ochpyridin17.3.1
R’MgBr17.2.2
LiAlH417.2.1
R OR'
O
ester17.3.2
R’NH217.4.1
R’MgBr17.2.2
LiAlH417.2.1
R C Nnitril 17.5.2
R’MgBr17.5.2
LiAlH417.5.2
R R'
O
keton
X2, OH18.1.3
RCOOOH16.2.7
R R'
HO R'
3° alkohol
RCOOH, syra 17.3.1
R OH1° alkohol
KMnO418.2.5 17.3.1
H3OOH , värme
eller H3OOH
eller H3OOH
eller H3OOH
eller H3OOH , värme
RCOOH, syra
21.16 Omvandling av karboxylsyraderivat
D) π-system (C=O, karbonylgruppen)4) Reaktioner och reagens F20
21.17 Reaktioner via enolat
alkylering
halogenering
aldoladdition
aldolkondensation
korsad aldolkondensation
Claisen-Schmidtreaktion
cyklisk aldolkondensation
Michaelreaktion
Robinsonannulering
Claisenkondensation
Dieckmannkondensation
Dekarboxylering
O O
R
O O bas, RX18.1.2
OOH , X2
18.1.3 CX3
O
OH
O
H
O OH Obas
18.2.1
värme
18.2.1
bas
18.2.1
18.2.3
18.2.4
bas, värme
18.2.4
OH O O
H
O
Ph H
O O
Ph
O
Ph H
O O
Ph Ph
O
O
O
O O O O
O O OO
O
OEt
O
EtO
O ONaOEt
EtO
OOEt
O
NaOEtO
EtO
O
R
O
OEt
O
R
O
bas
18.2.1
bas
18.2.1
bas
18.2.2
O
O
bas
18.2.2
H
HH
D) π-system (C=O, karbonylgruppen)4) Reaktioner och reagens F20
Recommended