1

Szerves kémiaiszintézismódszerek

9. Funkciós csoportok kialakítása, eltávolítása,egymásba való átalakítása

Kovács Lajos

A szénatom hozzávetı

leges oxidációs száma vagy foka +4 +20-2-4

43210

C/CC=CC-CszénhidrogénekCX4 -CX3 -CHX2 -CH2XhalogénszármazékokCO2 -COOH -CHO -CH2OHoxigéntartalmú vegyületek

-COX >C=O -CH2OR

nem redox átalakítások -CH(OR)2HO-C-C-OH

epoxidok

-CHS -CH2SHkéntartalmú vegyületek -N=C=N- -CN -CH=NH -CH2NH2nitrogéntartalmú vegyületek

-NHC(O)NH2 -CONH2 -CH=NOH

redox átalakítások

2

A funkciós csoportok áttekintése

OCuI, 3 BuLi

Et2O, -78 °C96 %

OH

O

O

O

OHLiCuMe2Et2O, -50 °C

68 %

CHO+

ZnTHF, 70 °C

91%

OH

Br

3

Alkoholok el állításaPKarbonilvegyületek és karbanionok reakciója

PEpoxidok és karbanionok reakciója

4

Alkoholok el állítása 2.Hidroborálás-oxidáció

Herbert C. Brown(1912-2004),

megosztott kémiaiNobel-díj (Georg

Wittig), 1979

5

Alkoholok el állítása 3.Szolvomerkurálás-demerkurálás

PAlkoholok jelenlétében éterek képzı dnek

PRedukcióval a higany eltávolítható és alkoholok/éterek nyerhetı k

6

Aszimmetrikus változat:Sharpless-epoxidálás

Epoxidok el állításaAlkének epoxidálása

K. Barry Sharpless(1941-), megosztott

kémiai Nobel-díj(William S. Knowles,Ryoji Noyori) , 2001

PMás módszerek< Darzens-kondenzáció< diolok aktiválása< kén-ilidek felhasználása

7

Az epoxidok reaktivitásaGyő r ő nyitás nukleofilekkel

Benzo[a]pirén diol epoxid

Benzo[a]pirén diol epoxid és egynonanukleotid duplex adduktuma(addíció a 2'-dezoxiadenozin N 6-

nitrogénjén)

Savas és bázikus közegben egyaránt felnyílik diol(Nu=OH) vagy β-alkoxialkohol (Nu=OR) képzı déseközben

A dohányfüstben található, karcinogénbenzo[a]pirén három enzim segítségévelmetabolizálódik egy diol epoxiddá, amelykölcsönhatásba lép különbözı DNS-szekvenciákkal

Cl ZnCl

OO

Cl

Zn

52 %

N

SMe3SiCHO

O

O+

O

O

OH

N

SCH2Cl2, 0 °C

84 %de > 95 %

O

O

OH

N

S

CH3

I

O

O

OH

N

S

CH3

O

O

OH

CHO

CH3I

NaBH4HgCl2

8

Aldehidek, ketonok el állítása

PGrignard-vegyületek reakciója nitrilekkel

PCinkvegyületek reakciója

PAromások< Friedel-Crafts, Vilsmeier, Gattermann-Koch

PUmpolung< 2-trimetilszilil-tiazol: formil-anion szinton (A. Dondoni)

O

O

O

CH3

HO

H

H O

O

OH

CH3

O

H

H

CO2Et

EtO

O

(EtO)2CO, NaH2 h, 20 °C, 8 h, 55 °C

86 %

OH

OHHO

HO

O

O

OHHO

HO

OH

OH

OHHO

HO

HO

NC

OHHO

HO O

O

HO

1. KCN NaOH

43 %

9

Karbonsavak el állítása

PGrignard-vegyületek reakciója szén-dioxiddal

PAlkil-halogenidek/aldehidek reakciója cianidokkal, a keletkezı nitrilekhidrolízise

PKarbanionok reakciója dietil-karbonáttal

CH3CHO + HS SH

SS

CH3

BF3

1. BuLi, THF-20 °C, 5 h2. hexanol-78-+20 °C1 h, 84 %

S

S

CH3

H3C

OLi

CH3

H3C

OH

O

CaCO3, MeOH, 5 h

CH3H3C

O

O

+

10

Több funkciós csoportot tartalmazó vegyületekel állítása 1. 1,2-Difunkciós vegyületek

Pa1 + d1/d1 + a1

< benzoin-kondenzáció< aldehidek és cianid-ion reakciója< Umpolung

P r1 + r1

< aciloin-kondenzáció< pinakol-reakció< McMurry-kapcsolás

R H R

NEt2

R

NEt2O

R

OH2CO, Et2NH, AcOHCu2Cl2, 16 h, 70 °C

89 %

HgSO4

10 % H2SO4

1 h, 75 °C85-95 % ∆

CH2H3CO

R =

11

Több funkciós csoportot tartalmazó vegyületekel állítása 2. 1,3-Difunkciós vegyületek

Pa1 + d2

< Knoevenagel-kondenzáció< Dieckmann-kondenzáció< Stobbe-kondenzáció< Reformatszkij-reakció< aldol-kondenzáció< Mannich-reakció

O

CO2Me

O

O

CO2Me

CO2Me

O

CO2MeBr

1. NaH, benzol, 20 °C

2.

94 %

d2

a2

O

O

H3C CH3

O

O

H3C CH3

O2N CO2Me

O

H3C CH3

O2N CO2Me

OH

H3C CH3

MeO

O

OMe

H3C CH3

CH3NO2

BuMe3N+ OH-

10h, 20 °C88 %

a3

d1

NaOMeMeOH20 °C

cc. H2SO4

MeOH-35 °C

86 %

CO2Me

12

Több funkciós csoportot tartalmazó vegyületek el állítása 3.1,4-Difunkciós vegyületek

Pa2 + d2

< pl. α-halogén-karbonil-vegyület és enolátion reakciója

Pa3 + d1

< pl. α,β-telítetlen észter és nitrometán reakciója

Nitrovegyületek átalakítása karbonilvegyületté: a Nef-reakció

A szénatom hozzávetı

leges oxidációs száma vagy foka +4 +20-2-4

43210

C/CC=CC-CszénhidrogénekCX4 -CX3 -CHX2 -CH2XhalogénszármazékokCO2 -COOH -CHO -CH2OHoxigéntartalmú vegyületek

-COX >C=O -CH2OR

nem redox átalakítások -CH(OR)2HO-C-C-OH

epoxidok

-CHS -CH2SHkéntartalmú vegyületek -N=C=N- -CN -CH=NH -CH2NH2nitrogéntartalmú vegyületek

-NHC(O)NH2 -CONH2 -CH=NOH

redox átalakítások

13

A funkciós csoportok áttekintése

14

OxidációAlkoholok oxidációja

PPfitzner-Moffatt-oxidáció

PSwern-oxidáció

15

OxidációAlkoholok oxidációja 2.

PJones-oxidáció

POppenauer-oxidáció (Meerwein-Ponndorf-Verley-redukció)

NO2

NO2

Pd/C H2, 2 atm

EtOAc, ~100 %

NH2

NH2

O

MeO

O

O

MeO

O

H2, Pd/C, EtOAc

99%

16

RedukcióAlkalmazott redukálószerek

Phidrogén és fém vagy komplex katalizátor (Ni, Pd, Pt, Ru, Rh)

Pkomplex fémhidridek (alánok, boránok és származékaik)

P redukáló fémek (Li, Na, Mg, Zn, Ca, Sn, Fe, Ti)

Pnitrogénvegyületek (hidrazin, diimin)

P foszforvegyületek [(EtO)3P, R3P]

Pkénvegyületek (Na2S2O4, NaHSO3)

hidrogénezés

Paul Sabatier (1854-1941),megosztott kémiai Nobel-díj

(Victor Grignard), 1912

17

RedukcióTelítetlen szénhidrogének redukciója

PBirch-redukció< aromás vegyületek átalakítása diénekké

18

RedukcióKarbonilvegyületek, savszármazékok redukciója komplex fémhidridekkel

PLítium-tetrahidrido-aluminát< er ı teljes, kevéssé szelektív redukálószer, észtereket is könnyen redukál

PNátrium-tetrahidrido-borát< szelektívebb redukálószer, csak er ı teljes körülmények között redukálja az észtereket

19

RedukcióKarbonilvegyületek redukciója

PClemmensen-redukció< funkcióscsoport-eltávolítás savas közegben

PRedukció Raney-nikkel segítségével< funkcióscsoport-eltávolítás semleges közegben

20

RedukcióKarbonilvegyületek redukciója 2.

PWolff-Kishner-Huang-Minlon-redukció< funkcióscsoport-eltávolítás bázikus közegben

A heteroatom hozz ávet ı leges oxid ációs állapotaN2O5 -NO2 -NO -NHOH -NH2NH3nitrogéntartalmú vegyületekHNO3 -N(+)

/N -N=NH -NHNH2

-N=N(O)-

-S-S- -SHH2Skéntartalmú vegyületekSO3 -S(O)2-OH -S(O)-OH -S-OH -S-

H2SO4 -S(O)2-X -S(O)-X -S-X

-S(O)2- -S(O)-

S

O

Cl

S

O

ClO

Om-CPBA

CH2Cl2

80 %

Cl

CO3H

21

Nitrogén- és kéntartalmú vegyületekoxidációs állapota

pl.

alkének

alkánok

alkil-halogenidek

alkoholok

1,2-diolok

halohidrinek

epoxidokaminok

aldehidekés ketonok

alkinek

22

Feladatok 1.

F9.1. Hogyan lehet megvalósítani az alábbi átalakulásokat?

amidok

alkánok

karbonsavak

alkoholok

laktonokés észterek

oximok

enolátok ésenolát anionok

hidrazonok

aldehidekés ketonok

ciánhidrinek

ketálok éstioketálok

23

Feladatok 2.

F9.2. Hogyan lehet megvalósítani az alábbi átalakulásokat ?

amidok

alkil-halogenidek karbonsavak

alkoholok

észterek

savanhidridekaminok

aldehidek

savhalogenidek

24

Feladatok 3.

F9.3. Hogyan lehet megvalósítani az alábbi átalakulásokat?

25

Ajánlott olvasmányok

PR. O. C. Norman, J. M. Coxon (1993): Principles of organic synthesis. 3rd ed. Blackie Academic and Professional,London. 811 pages, pp. 587-675.

PJ. R. Hanson (2002): Organic synthetic methods. Royal Society of Chemistry, Cambridge. 175 pages. pp. 96-125.

PJ. R. Hanson (2001): Functional Group Chemistry. Royal Society of Chemistry, Cambridge. 165 pages.

PR. C. Larock (1999): Comprehensive Organic Transformations. A Guide to Functional Group Preparations. 2nd ed.Wiley-VCH, New York. 2583 pages.

PM. B. Smith, J. March (2001): Advanced organic chemistry. 5th ed. John Wiley and Sons, New York. 2083 pages.pp. 1506-1604.

PRichard C Larock (1986): Solvomercuration/demercuration reactions in organic synthesis, Springer-Verlag, Berlin,New York.

Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Benzopyrene_diol_epoxide

Phttp://www.rcsb.org/pdb/cgi/explore.cgi?pid=3661075867525&pdbId=1DXA

Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Redox

Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Swern_oxidation

Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Birch_reduction

Phttp://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_aluminium_hydride