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Università degli Studi di Bari - Dipartimento di Farmacia-SdF TECNICHE ERBORISTICHE
CHIMICA ORGANICA A.A. 2012-2013
3. Reazioni organiche
Giuseppe G. Carbonara
3.Reazioni elettrofiliche
(al C=C, al CC, aromatiche, ecc.)
Università degli Studi di Bari - Dipartimento di Farmacia/SdF TECNICHE ERBORISTICHE
CHIMICA ORGANICA A.A. 2012-2013
3.0 Reazioni organiche
I. Terminologia, energie e velocità, classificazione II. Reazioni Nucleofiliche:
I. al carbonio saturo (sostituzioni) II. al carbonile (addizione, sostituzione) III. aromatiche (sostituzioni)
III. Reazioni di Eliminazione IV. Reazioni Elettrofiliche
I. a legami multipli (addizione) II. a composti aromatici (sostituzioni)
V. Trasposizioni molecolari VI. Reazioni radicaliche VII. Riduzioni e ossidazioni VIII. Sintesi organiche
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CHIMICA ORGANICA A.A. 2012-2013
Per meccanismo di reazione ‒ Le reazioni dei diversi gruppi funzionali possono quindi essere classificate in base alla variazione
del numero di legami, al tipo di scissione del legame, alla natura elettrofilica o nucleofilica del substrato, al numero di molecole che prendono parte allo stadio che determina la velocità di reazione [monomolecolari (1), bimolecolari (2), ecc.], ad altri tipi di reazione.
3.0 Classificazione delle reazioni organiche
Reazioni organiche Meccanismo
Omolotico Eterolitico (ionico)
Tipo Radicalico Nucleofilico Elettrofilico
Sostituzione (S) AB + C g AC + B
Alogenazione al C saturo
SN1 (monomolecolare) SN2 (bimolecolare)
SN acilica SN C=C
SN aromatica
SE aromatica
Addizione (A) A + B g C
Addizione racicalica al doppio legame C=C
AN carbonilica AN C=C AN C≡C
AE C=C AE C≡C
Eliminazione (E) A g B + C
E 1 E 2
Reazioni acido-base Trasposizioni Cicloaddizioni Ossido-riduzioni (idrogenazioni e deidrogenazioni)
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Per Gruppo Funzionale − I gruppi funzionali sono atomi o gruppi di atomi che mostrano una reattività caratteristica
quando vengono trattati con alcuni reattivi. − Un particolare gruppo funzionale quando è presente in un composto mostrerà quasi sempre il suo
comportamento chimico caratteristico. Pertanto, le reazioni organiche sono spesso organizzate in base ai gruppi funzionali.
3.0 Classificazione delle reazioni organiche
Classe Funzionale Formula Reazioni Caratteristiche
Alcani C–C, C–H Sostituzione (di H, in genere con Cl o Br, reazione radicalica) Combustione-ossidazione (conversione a CO2 e H2O)
Alcheni C=C–H Addizione (AN, AE) Sostituzione (di H)
Alchini C≡C–H Addizione (AN, AE) Sostituzione (di H)
Alogenuri Alchilici H–C–C–X Sostituzione (di X) (SN) Eliminazione (of HX)
Alcoli H–C–C–O–H Sostituzione (di H); Sostituzione (di OH) (SN) Eliminazione (di H2O); Ossidazione (eliminazione di 2H)
Eteri (alfa)C–O–R Sostituzione (di OR); Sostituzione (di H in alfa) (SN)
Ammine C–NRH Sostituzione (di H) (SN) Addizione (all’N); Ossidazione (di N)
Anello benzenico C6H6 Sostituzione (di H o di X) (SN, SE)
Aldeidi (alfa)C–CH=O Addizione (riduzione con H2 o attacco nucleofilo) (AN) Sostituzione (di H o di H in alfa) (SN)
Chetoni (alfa)C–CR=O Addizione (riduzione con H2) (AN) Sostituzione (di H in alfa) (SN)
Acidi carbossilici (alfa)C–CO2H Sostituzione (di H); Sostituzione (di OH) (SN) Sostituzione (di H in alfa); Addizione (al C=O) (SN)
Derivati carbossilici (alfa)C–CZ=O (Z = OR, Cl, NHR, ecc.)
Sostituzione (di Z); Sostituzione (di H in alfa) (SN) Addizione (al C=O) (AN)
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I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:
Meccanismo generale
3.3 Reazioni elettrofiliche
Nucleofilo Elettrofilo
Elettrofilo Nucleofilo
Stadio lento
Mappa del potenziale
elettrostatico dell’alchene
nucleofilo
Intermedio
carbocationico
Stadio
veloce
Stadio 1
Stadio 2
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I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:
Addizioni con meccanismo carbocationico
3.3 Reazioni elettrofiliche
Reagente
Procedono attraverso l’addizione iniziale di un protone all’alchene per dare un
intermedio carbocationico. Il nucleofilo attacca il carbocatione in un secondo stadio.
Prodotto Commenti
Queste reazioni procedono con una orientazione
secondo Markovnikov e una stereochimica che
produce eventuale racemizzazione. E’ possibile il
riarrangiamento dei carbocationi intermedi.
Regola di Markovnikov. L’H+ si lega al carbonio con
più idrogeni (meno sostituito), e il Nu: si lega al
carbonio con meno idrogeni (più sostituito), ovvero
che porta al carbocatione più stabile.
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I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:
Addizioni con intermedio ciclico a tre termini
3.3 Reazioni elettrofiliche
Reagente Prodotto Commenti
Quando l’elettrofilo E: ha un doppietto elettronico non condiviso, inizialmente l’addizione
produce un anello a tre termini. Se l’anello non è carico la reazione si ferma. Se l’anello ha
una carica positiva, si ha l’attacco del nucleofilo sul carbonio più sostituito che porta
all’apertura dell’anello.
Addizione sin Addizione anti
Si ferma se l’anello è neutro;
il Nu: attacca se l’anello è positivo.
I carbeni si addizionano
per dare derivati del
ciclopropano.
(diazometano)
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I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:
Addizioni con intermedio ciclico a tre termini
3.3 Reazioni elettrofiliche
Reagente Prodotto Commenti
Gli acidi perossicarbos-
silici danno gli epossidi
con un meccanismo di
addizione sin.
Cloro e bromo si addizio-
nano con meccanismo
anti.
Nelle addizioni di Cl e Br,
se si usa come solvente
l’acqua, si ottengono le
aloidrine. L’OH si lega al
carbonio più sostituito
con meccanismo di
addizione sin.
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I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:
Addizioni con intermedio ciclico a tre termini
3.3 Reazioni elettrofiliche
Reagente Prodotto Commenti
Nella reazione degli
alchini, il prodotto iniziale,
un enolo, tautomerizza a
chetone.
L’ossimercuriazione è un
metodo di addizione di
acqua secondo
Markovnikov che permette
di evitare il riarran-
giamento del carbocatione
intermedio.
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I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:
Addizioni in cui Elettrofilo e Nucleofilo sono connessi
3.3 Reazioni elettrofiliche
L‘idroborazione porta alla
addizione sin anti-Markov-
nikov di acqua.
Reagente Prodotto Commenti
Quando l’Elettrofilo e il Nucleofilo fanno parte della stessa molecola, si produce un’addizione
sin, col nucleofilo che si lega al carbonio più sostituito.
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I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:
Addizioni in cui Elettrofilo e Nucleofilo sono connessi
3.3 Reazioni elettrofiliche
Reagente Prodotto Commenti
L’ozono può essere
utilizzato per scindere
l’alchene in due composti
carbonilici.
Tetrossido si osmio e
permanganato producono
l’addizione sin di due
gruppi ossidrilici
all’alchene.
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I. Addizioni Elettrofiliche a C=C e CC:
Idrogenazioni catalitiche
3.3 Reazioni elettrofiliche
Reagente Prodotto Commenti
L’idrogenazione catalitica produce
l’addizione sin di due atomi di
idrogeno all’alchene o di quattro
idrogeni all’alchino portando al
corrispondente alcano.
L’uso di un catalizzatore
«avvelenato» (Lindlar: Pd/CaCO3/
chinolina) permette di ridurre
l’alchino al corrispondente alchene
cis.
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II. Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr: Meccanimo generale
3.3 Reazioni elettrofiliche
lento
Ione arenio
stabilizzato per
risonanza
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Meccanismo
3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr
Viene protonato
il gruppo OH
dell’acido
nitrico.
Con la perdita di H2O viene
generato lo ione elettrofilo
nitronio +NO2.
Lo ione nitronio +NO2 reagisce
con l’anello benzenico come
visto nello schema generale.
Una base presente nella miscela di reazione,
come l’ H2O, rimuove un protone dallo ione arenio
per ripristinare l’anello aromatico.
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Effetto dei sostituenti
3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr
Fortemente attivanti orto, para Effetto elettron-donatore + M > effetto
induttivo elettron-attrattore - I
Moderatamente attivanti orto, para Effetto elettron-donatore + M > effetto
induttivo elettron-attrattore – I (meno
che con i precenti sostituenti)
Debolmente attivanti orto, para Debole effetto induttivo + I o di
iperconiugazione
Debolmente disattivanti orto, para Effetto elettron-donatore + M
(controlla la regiochimica) < effetto induttivo elettron-attrattore - I
(controlla la velocità di reazione)
Moderatamente
disattivanti meta
Effetto elettron-donatore – M , effetto
induttivo elettron-attrattore – I
Fortemente disattivanti meta Effetto elettron-donatore – M e/o
effetto induttivo elettron-attrattore – I
Gruppi arilici
Gruppi alchilici
Alogeni
Sotituente Reattività Regiochimica Commenti
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Sintesi di composti aromatici
3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr
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Sintesi di composti aromatici (SNAr) su altri substrati
3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr
Le reazione di sostituzione nucleofilica aromatica può avvenire mediante
meccanismi di addizione-eliminazione e eliminazione addizione
Reazione Commenti
Addizione-eliminazione; richiede gruppi
fortemente elettron-attrattori in posizione
orto e/o para all’alogeno
Eliminazione-addizione; procede
attraverso l’intermedio benzino; richiede un
base molto forte
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Sintesi di composti aromatici
3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr
Prodotto meno reattivo; funziona anche su
anelli disattivati.
X = Cl e Br; cat. acidi di Lewis AlCl3, FeCl3,
AlBr3, FeBr3; prodotto meno reattivo; funziona
anche su anelli disattivati.
Prodotto meno reattivo; funziona anche su
anelli disattivati; reazione reversibile usando
H2SO4 in H2O.
Alchilazione di Friedel-Crafts; prodotto molto
più reattivo; non funziona su anelli fortemente
disattivati, possibili prodotti di riarrangiamento
carbocatione; si può usare una anidride
effettuata con alcheni, alcoli e catalisi acida
per generare l’elettrofilo.
Acilazione di Friedel-Crafts; prodotto meno
reattivo; non funziona su anelli fortemente
disattivati, si può usare una anidride per
generare l’elettrofilo.
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Sintesi di composti aromatici (SNAr): sostituzione di sali di diazonio.
3.3 Sostituzioni Nucleofiliche Aromatiche SNAr
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Sintesi di composti aromatici (SNAr): sostituzione di sali di diazonio.
3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr
Sostituzione di –NH2 con
Cl o Br
Sostituzione di –NH2 con
I
Sostituzione di –NH2 con
F
Sostituzione di –NH2 con
OH
Sostituzione di –NH2 con
CN
Sostituzione di –NH2 con H; può
essere effettuata anche con NaBH4
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Altre reazioni sugli anelli aromatici
3.3 Sostituzioni Elettrofiliche Aromatiche SEAr
Reazione Commenti
Può essere effettuata anche
con acido e Fe, Sn, SnCl2
Riduzione di Clemmens
[Zn(Hg) e HCl]; riduzione di
Wolff-Kishner (NH2NH2 e
KOH)
Ossidazione di un residuo
alchilico con permanganato::
va bene se R non è terziario
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