Embed Size (px)
Citation preview
1
Examen TKJ4111 vår 2010
0
2
4
6
8
10
12
A B C D E F
Karakter
An
tall
stu
den
ter
Series1
TKJ4111-Løsninger 2010 eksamen: oppgaver relevante for TKJ4150
Oppgave 1-2010
Nedenfor er vist de første steg i syntese av en hemmer for et protein involvert i transport av kolesterol. (Omdannelsen fra 1c til 1d skal ikkeevalueres)
A)Vis reaksjonsbetingelser og mekanisme for fremstilling av 1b fra 1a. B)Hvilke reagenser omdanner 1b til 1c? C) Vis egnede reagenser for omdannelse av 1d til 1e.
2
Løsning oppgave 1a-2010
1a) Her kan en tenke seg et utvalg av metoder:
Diethyl malonate, hydrolyse, dekarboksylering
Fullgode alternativer:Etyl acetat deprotonert med sterk ikke nukleofil base
(LDA, NaH etc)Acetonitril deprotonert med sterk ikke nukleofil base
(LDA, NaH etc.)Eddiksyre dobbelt deprotonert med LDA, BuLi etc.
Løsning oppgave 1a-2010
3
Løsning oppgave 1a-2010
Løsning oppgave 1a-2010
4
Løsning oppgave 1a-2010
Keto enol likevekt
Alternativer oppgave 1
Egnede baser i disse strategiene: LDA, KH, BuLi etc..
5
Alternativer oppgave 1
Egnede baser i disse strategiene: LDA, KH, BuLi etc..
Løsning oppgave 1b
Karboksylsyrer omdannes til syreklorider vha f. eks tionyl kloid eller oksalylklorid. Baser som pyridin/trietylamin benyttes ofte for å fange HCl
Br
Br
OH
O
Br
Br
Cl
O
1b 1cBr
Br
OH
O
Br
Br
Cl
O
1b 1c
S
O
Cl Cl
O
O
ClCl
6
Løsning oppgave 1c-2010 Reaksjonen involverer en nukleofil aromatisk substitusjon. Aromaten er lite aktivert for reaksjon over
addisjon/eliminasjonsmekanisme Ingen elektrontiltrekkende grupper og bromidet er en dårlig
utgående gruppe ved denne mekanismen.
Reaksjonen gjennomføres best ved Cu (I) eller palladium katalysert reaksjon.
Oppgave 2-2010
Vis mekanisme og produkt når stoffet 2a og 2breageres i nærvær av
a)1 mol ekvivalent av base og b) 2 mol ekvivalenter av base. Hva vil være
fornuftig base i hvert tilfelle?
7
Løsning oppgave 2a-2010
Kondensasjonsreaksjoner: a) 1 ekvivalent av base: Kan bruke svak base f.eks. NaOEt/ eller ikke
nukleofil base som NaOtBu. Ingen grunn til anvendelse av sterk base som LDA.
Løsning oppgave 2a-2010
8
Løsning oppgave 2b-2010
b) Må bruke sterk base: LDA, NaH, KH, BuLi etc. fordi det andre protonet ikke er så surt
EtO CH3
O O
LDA
H
EtO
O-Li+ O
H LDA
Løsning oppgave 2b-2010
EtO
O-Li+ O
Ar
-OOEt
EtO
O-Li+ O
Ar
O
-OEt
H
EtO
O-Li+ O-Li+
Ar
O
EtO
O-Li+ O
Ar
O
EtO
O O
Ar
O
H+
Opparbeidelse
H+
Opparbeidelse
9
Oppgave 5-2010
Synteserekken under har blitt bruk for fremstilling av stoffer mot malaria og andre parasitiske sykdommer.
A) Vis hvilke reagenser som kreves for å gjøre hver transformasjon fra 5a-5e.
B)Reaksjon mellom 5e og 5f gir produktet 5g. Hva er strukturen til 5f og hvilken type reaksjon er dette?
Løsninger oppgave 5b-2010
Se figur over for struktur av 5f.
Reaksjonen er en 1,3-dipolar sykloaddisjon.
10
Oppgave 6-2010
Angi antatt hovedprodukt for følgende transformasjoner:
Løsninger oppgave 6b-2010
11
Løsninger oppgave 6d-2010
Ph
O
Ph
+hv
O
Ph
Ph81 %
d) Paterno-Buchi 2+2 addisjon
Løsninger oppgave 6e-2010e) Diels Alder, 4+2-sykloaddisjon, produktets stereokjemi bestemmes av dienets stereokjemi
H
CH3
CH3
H
O
O
O
+ O
O
O
CH3
CH3
150oC
12
Oppgave 8-2010
Det sykliske dienet 8a gjennomgår ved oppvarming en perisyklisk ringåpningsreaksjon. Hva blir produktet 8b? Hvordan forklarer man stereokjemien?
Løsning oppgave 8-2010
(Øvingsoppgave fra Ian Flemming, Pericyclic reactions.)
Elektrosyklisk ringåpning gir:
13
Løsning oppgave 8-2010
Stereokjemien forklares med grenseorbitalteori
Ring åpning krever rotasjon av orbitaler Rotasjonsretning (con/dis) blir den
samme om en analyserer ringlukking eller ring-åpning
Analysert ved ring-lukkings reaksjon: Betrakter HOMO for trienet (Ψ3): Disrotasjon gir ring-lukking Substituentene roterer motsatt veg Ring åpning må da også gå med
disrotasjon Substituentene dreies motsatt veg Woodward-Hoffman regelen Termisk 4n+2 system: dis
Løsninger TKJ4111 Eksamen 2011- tilpasset TKJ4150
0
1
2
3
4
A B C D E F
An
tall
Karakterer 2011
Series1
14
Oppgave 1
Oppgave 1. Vis reagenser som kreves og mekanismer for å fremstille produktet fra diesteren vist.
Løsninger oppgave 1
Dieckman kondensasjon Her er det mest fornuftig å benytte NaOEt som base.
Deprotonering i siste trinn trekker likevekten over mot produkt.
Sterk base er unødvendig her/ekstra kostnader med f.eks. LDA
Bruk av OH- som base vil gi hydrolyse av utgangsstoffet og produktet og er mindre gunstig.
Bruk av bor enolater er unødvendig komplisert i denne transformasjonen der en ikke trenger å styre dannelsen av syn eller anti produkter.
Metylering av enolatet gir produkt: Elektrofiler CH3-I, CH3-Br, CH3-Cl
15
Løsninger oppgave 1
Løsninger oppgave 1
Det er ikke hensiktsmessig å alkylere først fordi likevekt vil favorisere en annen regioisomer
16
Oppgave 4
a) Vis de reagenser som kreves for å fremstille 4b fra 4a.
b) Vis mekanisme for dannelse av 4b. c) Forsøk på hydrolyse av 4b gav 4a. Forklar
dette med reaksjonsmekanisme
Løsninger oppgave 4
a) Sterk ikke nukleofil base i aprotisk solvent.
Helst lav tempretur.
Acyleringsmiddel: dietylkarbonat.
ClCO2Et godtas også
17
Løsninger oppgave 4
Hydrolyse
Løsninger oppgave 4
Dekarboksylering
18
Oppgave 5
Foreslå en syntese av stoffet 5c fra 5a og 5b. Vis reagenser og mekanisme for reaksjonene. Hvordan kan man spalte silyl eteren?
Løsninger oppgave 5
Wittig reaksjonen er et fornuftig valg. Reagenser:
PPh3 Sterk base kreves til ustabilisert ylid (NaH/LDA etc) Schlosser modifikasjon for å sikre E-alken.
19
Løsninger oppgave 5
Løsninger oppgave 5-notat
Grignard kjemi på aldehydet gir en sekundær alkohol. Denne kan i prinsippet dehydreres ved at man: a) Setter på en god utgående gruppe og behandler stoffet med
sterisk hindret base i en E2 reaksjon b) Behandler alkoholen under sure betingelser (H2SO4, koking)
og dehydrerer.
Avbeskytte: Fluorid anion: KF, NR4+F-. Drivkrafta ligger i styrken av Si-F
båndet Lewis syrer kan også benyttes til å spalte av silyl eteren. Sterk syre og oppvarming spalter silyl eteren Relativt stabilt mot RLi reagenser og NaH/LiH. En forgreitet silyl eter er relativt stabil ovenfor vann.
20
Oppgave 6
Beskriv reagensene som trengs for å gjøre transformasjonene vist under:
21
Løsninger oppgave 6
Ref: Koshimizu, Tetrahedron. Lett 1999, p 2777.-Synese av Zaragozic acids.
1. Sterk base/ polart aprotisk løsningsmiddel f.eks THF. Faseoverføringskatalyse og reksjoner med lut kan også fungere ok. Syrekatalysert eter dannelset er i prinsippet mulig, men det er ikke
hensiktsmessig å benytte i dette tilfellet der reagensene er så lett tilgjengelig 2. Benzyl bromid/klorid/iodid/tosylat/mesylat etc. 3. Dimetylkarboksylat acetylen (se figur)
O
OHHO
O
OOPhPh
OO
PhO
Ph
BrNaH
CO2MeMeO2CCO2MeMeO2C
Varme
Diels Alder produkt
O
O-HOOsv
Oppgave 7
Vurder om følgende reaksjon har skjedd ved con- eller disrotasjon, og om den har funnet sted under termiske eller fotokjemiske forhold. Bruk grenseorbital teori til å begrunne ditt svar.
22
Løsning oppgave 7
Dis rotasjon Con rotasjon
Termisk Fotokjemisk
CH
CH
CH
CH
HOMO
LUMO
CH
CH
CH
CH
HOMO
LUMO
Løsning oppgave 7
Det reagerende system er et 6-pi elektronsystem.
Stereokjemien til produktet viser at det har skjedd en con-rotasjon.
HOMO for triener i grunntilstanden er symmetrisk på endene og krever disrotasjon
HOMO*/LUMO for trienet har ulike faser og vil kreve conrotasjon for å få dette produktet
Derfor, reaksjonen har skjedd fotokjemisk med conrotasjon
23
Oppgave 9
Forklar hvordan man ved å endre på reaksjonsbetingelsene og reagenser kan fremstille følgende tre stoffer fra 3-ketoesteren 9a:
Løsning oppgave 9
a) Moderat sterk base: -NaOEt, NaOtBu og liknende
Mest sure proton tas
24
Løsning oppgave 9b)
Sterk base må benyttes i 2 ekvivalenter, aprotisk solvent.
Alkylering skjer på mest basiske karbon.
O
O O
O
O O
9b
1. LDA (2 eq)
THF, -78oC2. BnBr (1 eq)
O
O O
H
Base:O
O-Li+
CH3
OBase
O
O-Li+
CH2
O-Li+
Ph Br
O
O-Li+ O
H+
O
O O
9b
Løsning oppgave 9c) 2 ekvivalenter av sterk base i polart aprotisk løsningsmiddel Den elegante måten å gjøre dette på er å tilsette først elektrofil 1 dernest elektrofil 2. Alternativt kan en stoppe reaksjonen, og gjøre siste trinnet som beskrevet i A. Velger
man den siste varianten må man huske på å deprotonere med 2 ekvivalenter base likevel.
O
O O
O
O O
CH3
CH39c
1. LDA (2 eq)
THF, -78oC2. BrCH2CH(CH3)23.BnBr (1 eq)
O
O O
H
Base:
O
O-Li+
CH3
OBase
O
O-Li+
CH2
O-Li+
Br
O
O-Li+ O
O
O O
CH3
CH39c
CH3
CH3
PhBr
25
Ex TKJ4111 2012-Oppgaver relevant for TKJ4150
0
1
2
3
4
5
6
A B C D E F
An
tall
stu
den
ter
Karakter
TKJ4111-2012-ordinær eksamen
Seri…
Oppgave 1. I hvert tilfelle nedenfor vis strukturen til produkter og mellomprodukter merket 1a-l
26
Spørsmålet/figuren kan misforstås som om det gjøres hydrolyse til sluttDisyre aksepteres også som svar
27
1b-d
Hydrolyse
Protinering
Dekarboksylering av 1,3-disyre
28
1e-f
Kinetiske betingelser, minst substituerte enolat er sterkt favorisert
Dehydrering skjer i mindre grad ved lavtemperaturkjemi, men aksepteres som svar
Eddiksyre er en protondonor i denne sammenheng, ikke en elektrofil
29
1g-h
30
1i
OSi
H3C
CH3
CH3
+ H
O
CH3
CH3
TiCl4
1i
O OH
CH3
CH3
O OSiMe3
CH3
CH3
Før opparbeidelse kan deler av alkoholen være fange som silyl eter:Silyl etere godtas også som svar
Oppgave 2. 2012
Stoffet 2a og 2b reageres til 2c ved de gitte betingelsene.
Vis produkt og mekanisme for reaksjonen?
Vis også mekanisme for hvordan stoffet 2b kan lages.
31
Løsning Oppgave 2. 2012
Wadsworth Emmons olefinering vanligvis trans-stereokjemi
32
Løsninger 2B
Oppgave 3: I hvert tilfelle vis startmaterialene:
Reaksjon 3.1) Et stegs termisk reaksjon med 3a og 3b. Totalt sett mistes to dobbeltbindinger i reaksjonen.
33
Løsninger 3.1
Gjenkjenner sykloheksen fragmentet+ informasjon i tekst
Diels alder reaksjon
Reaksjon 3.2) Den ukjente 3c reagerer med 3d og gir et epoksid.
34
Løsning 3.2
Bruk av svovelylid til å lage epoksid.
Oppgave 5
I hvert tilfelle forklar mekanismen med strukturtekning og mekanistiske piler:
Reaksjon 5.1
35
Løsninger reaksjon 5.1
Intramolekylær enolat alkylering.
Termodynamisk enolat av a,b-umettede stoffer
Reaksjon 5.2
36
Løsning 5.2
Bruk av enaminer til alkylering av enolat
O
OMe
O
OMe
CH3
NH
60%
H+
O+
OMe
H
OMe
O NHH
OMe
O NH
H
H
OMe
N
H
-H2O
NH
OMe
NCH3 I
OMe
N
CH3 H2O
OMe
O NH
H
H
OMe
O NHH
O+
OMe
H
H2O
Oppgave 6 2012
Stoffene 6a og 6b reageres ved 20 °C til stoffet 6c.Behandling med saltsyre gir et nytt stoff 6d.
Tegn strukturen til 6c.
Hvordan kan det forklares at denne reaksjonen har så lav aktiveringsenergi?
Tegn strukturen til 6d og forklar dannelsen mekanistisk
O
NCH3H3C
SiH3C
CH3H3C
CH3H3C +H3C
H
O
20 oC
6a 6b
6cHCl/fortynnet
6d
37
Løsning 6a
Regioisomer godtas også
Mukayama reaksjonen er ikke favorisert her
O
NCH3H3C
SiH3C
CH3H3C
CH3H3C +H3C
H
O
20 oC
6a 6b6c
O
NCH3H3C
SiH3C
CH3H3C
CH3H3CCH3
O
H
6b
b)Hvorfor har reaksjonen så lav aktiveringsenergi?
4+2 Sykloaddisjon-Diels-Alder. Bånddannelse skjer gjennom kombinering av LUMO orbital for dienofil og HOMO orbital for dien. Dienen må være på s-cis form for å reagere
Dienofil har elektrontiltrekkende gruppe energien til LUMO senkes, Dienet er elektronrikt HOMO er høy i energi, dvs HOMO og LUMO for de reagerende komponenter er relativt lik i energi og bånddannelse skjer lettere.
Dienet har en stor substituent i 2 posisjon som destabiliserer s-trans konformasjon, dvs mer s-cis og raskere reaksjon
38
Løsning 6c)
• Protonering av aminet gjør det til en god utgående gruppe
Oppgave 8
Vis med reagenser og mekanismer hvordan molekylet 8a kan lages fra blant annet meta-fluorbenzaldehyd og syklopropanamin.
39
Løsning oppgave 8: Retrosyntese
FN
O
H
FOF
O
OHFIG
RO2C CO2R
Knovenagel
Syntese
40
Knovenagel mekanisme
Alternativ: bruk av eddiksyre
HO
O
2 ekv BuLiH
+Li-O
O-Li+
Ar
O
THF F
O
O-Li+
O-Li+
H+
F
O
OH
OH
F
O
OH
-H2O
H H2O
H+
Her MÅ sterk base benyttes!!!!
41
Alternativ: bruk av etyl acetat
Her må sterk base benyttes for å unngå selvkondensasjon av estere (Claisenkondensasjon)
Eller kanskje Wittig kjemi
42
Siste steg oppgave 8-2012
Oppgave 9-2012
Polare aprotiske løsningsmidler benyttes ofte i reaksjoner med enolater.
a) Tegn strukturen og navngi to polare aprotiske løsningsmidler
b) Hvorfor er polare aprotiske løsningsmidler mer nyttig i a-alkylering av metall enolater enn upolare og polare protiske løsningsmidler?
43
9a Polare aprotiske løsningsmidler
Løsningsmiddel med høyt dipolmoment, men har ikke «sure» proton
Hvorfor er disse løsningsmidlene nyttig: Polare aprotiske løsningsmidler øker hastigheten ved alkylering av enolater
Årsak: løsningsmidlet solvatiserer kationer, men har kun svake vekselvirkninger med anioner-Enolater (anioner) er mer fri til å reagere
I polare løsningsmidler er enolater sterkt solvatisert, mens upolareløsningsmidler klarer ikke å løse enolatet slik at de foreligger på aggregert og mindre reaktiv form.
Årsak 2:
Slipper at løsningsmidlet konsumerer base og blir en konkurrerende reaktant
Slipper at løsningsmidlet fungerer som syre og re-protonerer enolatet-kinetisk kontroll vs. termodynamisk kontroll
