HALOGENDERIVÁTY - PART 1

Transkript

1 ALGENDERIVÁTY - PART 1 1. Nakreslete struktury, které odpovídají systematickým názvům: a) 2-chlor-3,3-dimethylhexan b) 4-sek-butyl-2-chlornonan c) 1,1-dibrom-4-isopropylcyklohexan 2. Nakreslete a pojmenujte všechny monochlorderiváty, které lze očekávat při radikálové chloraci 2-methylpentanu. 3. Jak vysvětlíte, že při reakci methylencyklohexanu s N-bromsukcinimidem vzniká jako hlavní produkt 1-(brommethyl)cyklohexen? 1-(brommethyl)cyklohexen převažuje, protože reakcí na primárním konci allylového radikálu vzniká produkt s více substituovanou dvojnou vazbou. 4. Doplňte produkty následujících reakcí:

2 5. o vznikne následující reakcí?

3 Prvním krokem v rozkladu etherù jodovodíkem je protonace atomu kyslíku. V následujícím kroku dochází k vytěsnění alkoholu jako odstupující skupiny jodidovým aniontem. (a) Protože je u fenyl(methyl)etheru vyloučena za daných podmínek nukleofilní aromatická substituce, může reakcí vzniknout pouze fenol a jodmethan: (b) V případě methyl(propyl)etheru je možná S N 2 na obou atomech uhlíku poutaných k atomu kyslíku, proto může vzniknout směs produktů. Za daných reakčních podmínek by rovněž ve směsi mohlo docházet k eliminaci za vzniku propenu a methanolu: 6. Proč jsou polární aprotická rozpouštědla vhodná jako prostředí pro S N 2? Jak se liší solvatace NaI v ethanolu a v acetonu? Proč polární protická rozpouštědla (alkoholy) urychlují S N 1? Pro průběh reakce SN1 jsou vhodnější polární protická rozpouštědla, např. alkoholy, než polární aprotická rozpouštědla. Při reakci probíhající mechanismem SN1 vzniká v kroku určujícím celkovou rychlost pár iontů, polární protické rozpouštědlo, které je schopno účinně solvatovat jak kation tak anion, bude proto snižovat aktivační energii reakce více, než polární aprotické rozpouštědlo schopné dobře solvatovat především kation. 7. Nakreslete hlavní produkty reakcí následujících ambidentních nukleolù!

4 8. Reakce S N 1 vykazují obecně malou selektivitu vůči nukleofilům (pokud je v reakční směsi přítomno více nukleofilů, substrát s nimi reaguje téměř stejně rychle bez ohledu na to, zda jsou silnými nebo slabými nukleofily). Pokud reaguje 1-chlorbutan v 0,01M roztoku NaN v ethanolu, vzniká výhradně pentannitril, kdežto za stejných podmínek z 2-chlor-2- methylpropanu vzniká ethyl(terc-butyl)ether. Vysvětlete! Ve směsi jsou přítomny dva nukleofily, které se výrazně liší reaktivitou a koncentrací. V našem případě je také v roztoku přibližně o čtyři řády vyšší koncentrace ethanolu oproti kyanidovému aniontu. 1-hlorbutan je typickým substrátem pro SN2, rychlost reakce závisí jak na kvalitě nukleofilu, tak na jeho koncentraci. ba v reakční směsi přítomné nukleofily mohou reagovat s 1- chlorbutanem, reakce s N - bude probíhat výrazně rychleji než reakce s ethanolem, proto naprostou většinu produktu bude tvořitt pentannitril. 2-hlor-2-methylpropan je typický substrát pro SN1, jejíž rychlost nezávisí na koncentraci nukleofiu nebo na jeho reaktivitě. S ohledem na koncentraci nukleofilů zjistíme, že tercbutylový kation bude s větší pravděpodobností reagovat s ethanolem, tudíž hlavním produktem substituční reakce bude ethyl(terc-butyl)ether. 9. alogenderiváty anorganických kyselin (PX 3, PX 3, PX 5, S 2 l 2, Sl 2, l 2 ) se často používají k přeměně alkoholů na halogenderiváty. Napište mechanismus první reakce a doplňte produkty ostatních reakcí včetně jejich stereochemie!

5 Při reakci Sl2 s alkoholem vzniká v prvním kroku ester kyseliny chlorsiřičité, jeho další přeměna závisí na podmínkách. Pokud je v reakční směsi zvýšená koncentrace l-, například v důsledku reakce vznikajícího l s pyridinem, produkt vzniká z velké části klasickou SN2 reakcí s inverzí konfigurace. V případě nízké koncentrace l-, vzniká většina produktu intramolekulární reakcí, při které se zachovává konfigurace. Předpokládaný mechanismus reakce:

6 ALGENDERIVATY - PART 2 1. Jak připravíte z benzenu 1,3-dichlorobenzen? nebo 2. o vznikne za produkty, pokud necháme reagovat chlorcyklohexan s diethylesterem kyseliny malonové za bazické katalýzy a vzniklý produkt následně okyselíme? 3. Jakou karboxylovou kyselinu získáme, pokud necháme reagovat butan-2-on s bromem v alkalickém prostředí? Viz. Liebenova reakce 4. Porovnejte reakční produkty při reakci kyanidových iontů s následujícími sloučeninami: 5. Seřaďte následující substráty podle stoupající dispozice k S N 1 reakci:

7 3 l 3 l l a) b) c) b) > a) > c) (b) tvoří nejstabilnější karbokation) 6. Seřaďte následující substráty podle jejich klesající dispozice k S N 2 reakci: a. fenylbromid, tert.butylbromid, neopentylbromid, isopropylbromid, ethylbromid, methylbromid b. l l l l I II III IV I > III > IV > II 7. Proč aromatické uhlovodíky (např. benzen) nepodléhají klasické S N 1 či S N 2 reakci? Arylhalogenidy nepodléhají S N 1-reakcím, protože arenyliové ionty jsou velmi nestabilní. Nepodléhají ani S N 2-reakcím, protože atom uhlíku nesoucí halogen je stericky nepřístupný pro atak z opačné strany, nukleofil by musel napadnout arylhalogenid z vnitřní strany aromatického kruhu a jeho strukturu převrátit naruby. 8. Které z uvedených reakcí budou probíhat: a. F KF K Nemůže probíhat, jelikož fluoridový aniont je méně nukleofilní než odstupující bromidový. b. l I KI Kl Může probíhat viz halogenderiváty - Finkelsteinova reakce. c. 2 Může probíhat, je dostatečně silný nukleofil. d.

8 2 Nebude reagovat hydroxylová skupina je pevně vázaná na aromátu díky mezomerii. e. Na Nal l Nebude reagovat. Vznikne alkoholát, ve kterém záporně nabitý kyslík nemůže být vytěsněn chloridovým aniontem. 9. Napište produkt reakce: a) buten + chlorovodík l b) buten + brom l 2 c) buten + NBS + záření NBS h d) cyklohexylchlorid + octan sodný l - Na + Et + Nal e) butanol + Sl 2 Sl 2 l S 2 l + + f) butanol + bromid fosforitý 3 P P 3 g) toluen + chlor + chlorid hlinitý

9 l l 2 All 3 + h) toluen + chlor + záření 2 l l 2 l l 2 h Napište hlavní produkt radikálové bromace pent-2-enu N-bromsukcinimidem. Které další produkty mohou vznikat jako minoritní? lavním produktem reakce je 4-brompent-2-en. Vzhledem k možnému vzniku dalších radikálů může jako minoritní produkt vznikat i 1-brom-pent-2-en či 3-brom-pent-1-en. 2 NBS Který z derivátů bude při S N 2 reakcích s - reagovat rychleji? a) methylbormid, methyljodid methyljodid reaguje rychleji, protože I - je lépe odstupující skupina než - b) metylbromid, tertbutylbromid methylbromid reaguje za podmínek S N 2 reakce rychleji, protože tertbutylbromid je stericky náročný substrát a přístup nukleofilu (hydroxidového aniontu) k němu je ztížený c) methyljodid v metanolu nebo dimethylsulfoxidu methyljodid reaguje v dimethylsulfoxidu rychleji, protože methanol je polární protické rozpouštědlo, které snižuje reaktivitu nukleofilu (hydroxidového aniontu) tvorbou vodíkových vazeb 12. Určete hlavní produkty následujících reakcí: a) Reakce proběhne S N 2 mechanismem, protože se jedná o substituci na primárním uhlíku. N 2 bude reagovat na dusíku, tam je místo s vyšší nukleofilitou.

10 b) Reakce proběhne S 1 N mechanismem, protože může vzniknout stabilní karbokation. N - bude reagovat na dusíku, tam je místo s nižší nukleofilitou. c) Viz halogenderiváty - allylový přesmyk. Kladný náboj na sekundárním uhlíku bude stálejší. d) 3 3 l 3 l 3 Terciární zbytek je schopen se odštěpit ve formě karbokationtu, který pak bude reagovat s chloridovým aniontem. 13. Navrhněte reakční schéma pro přípravu a. styrenu z benzenu a formaldehydu b. 2-methylnaftalen z cyklohexanu c. 1-chlorbutanu z 1-butenu

11 d. 2-brombutanu z 1-brombutanu 14. Jaký derivát vznikne: a. dehydratací 2R,3S- diphenyl-pentan-2-olu? a jsou v antiperiplanární poloze b. dehydratací 1,3-butan-diolu je v zákrytu s Ph stejně tak 2 5 s druhým Ph c. dehalogenací meso-2,3-dibrombutanu protočení kolem vazby 2-3, vznik nového konformeru, ve kterém jsou v antiperiplanární poloze vhodné k dehalogenaci d. Diels-Alderovou reakcí 1,4-benzochinonu s cyklopentadienem

12 1. Navrhněte přípravu: a. anisolu ETERY b. 2-methyl-oxiranu např. c. methoxy-ethenu d. 1-nitro-4-(4-methylphenoxy)-benzenu e. cyklopentyl-methyl-etheru + I Na TF f. 1,2-epoxycyklopentan z cyklopentenu MPBA 2 l 2 l MPBA = metachlorperoxybenzoová kyselina g. fenyl-propyl-etheru I K 2. Navrhněte syntézu 2-methyl-5-ethyl-tetrahydrofuranu s využitím intramolekulární Williamsonovy syntézy. l Na 2 3. Jaký produkt vznikne působením kyseliny sírové na 1,4-butandiol? Jak získáte 1,4- butandiol?

13 2 + NaN Ni 2 S 4 4. Navrhněte vhodné výchozí látky k přípravě následujících derivátů: a. - + b. 3 3 Et t-buk 3 Et Et Et 5. Rozhodněte, zda je průběh reakce správný: a. 3 2 správný průběh reakce je následující F 3 +!terciární ethery se štěpí mechanismem S N 1 nebo E 1, protože z nich vznikají stabilizované intermediární karbokationty

14 b. správný průběh reakce je následující I + I! ethery s primární či sekundární alkylovou skupinou se štěpí mechanismem S N 2, kdy nukleofil atakuje méně stericky bráněný atom uhlíku v α-poloze vůči protonovanému atomu kyslíku etherové vazby 6. Napište produkty štěpení epoxidů: a. l l 2 5 l! kysele katalyzované otvírání tříčlenného oxiranového cyklu; mechanismus s rysy S N 1 i S N 2 reakce; kladný náboj je v proponovaném přechodovém stavu sdílen vícenásobně substituovaným atomem uhlíku, a proto dochází k jeho napadení atomem chloru ze strany protilehlé ke štěpící se vazbě - b. c. + Mg 2 - -! bazicky katalyzované otvírání cyklu; S N 2 reakce; nukleofil napadá stericky méně bráněný atom uhlíku 7. Doplňte reakci:

15 - NaB 4 Nejdříve dochází k nukleofilní adici hydridového aniontu uvolněného z tetrahydridoboritanu sodného. Vzniklý bromhydrinový anion cyklizuje za vzniku oxiranového cyklu. 8. Jakou vedlejší reakci můžete očekávat při přípravě: a. dipropyletheru z 1-propanolu působením kyseliny sírové? eliminační reakce za vzniku propenu b. tetrahydrofuranu z butan-1,4-diolu působením kyseliny sírové? eliminační reakce za vzniku 1,4-butadien 9. Nakreslete strukturní vzorec libovolného etheru, který: a. je opticky aktivní např. b. obsahuje asymetrické atomy uhlíku a není opticky aktivní např. c. poskytne v kyselém prostředí ekvimolární množství stabilního karbokationtu např. d. může ve vodně alkalickém prostředí poskytnout dva enantiomery např. 10. Navrhněte syntézu uvedených sloučenin vycházející vždy z propenu.

16 a) ydratace A E b) ydroborace a následná oxidace c) xidace KMn 4 nebo s 4 d) Reakce l 2 (S R ) na methylové skupině a následná substituce hydroxidem (S N ) e) ylogenace methylové skupiny pomocí NBS a následná oxidace dvojné vazby např. manganistanem f) Přímá epoxidace peroxokyselinami g) Adice kyseliny chlorné h) Substituce methylové skupiny pomocí NS a následná oxidace dvojné vazby peroxidem vodíku 11. Vzhledem ke snadným přesmykům určete, které alkoholy budou poskytovat stejný karbokation: a. 1-pentanol a 2-pentanol b. 2-methyl-butan-2-ol a 3-methyl-2-butanol c. 2,2-dimethylcyklohexanol a 1,2-dimethylcyklohexanol

17 d. 2-cyklopentylethanol a 2,2-dimethylcyklopentanol e. cyklopentylmethanol a cyklohexanol 12. Jak byste experimentálně rozlišili následující dvojice látek bez použití analytických metod: a. p-nitrofenol a p-aminofenol p-aminofenol se bude velmi dobře a rychle rozpouštět ve zředěném roztoku minerální kyseliny za vzniku amoniové soli. b. 1-butanol a 2-methyl-butan-2-ol Lucasův test - rozlišení alkoholů-viz alkoholy nebo xidací 1-butanolu vznikne butanal (při použití např. dichromanu odbarvení). Následně můžeme dokázat vzniklý aldehyd reakcí s Tollensovým činidlem. Terciární alkohol nepodléhá mírné oxidaci. c. kyselinu benzoovou a ethylester kyseliny benzoové Kyselina benzoová se bude rozpouštět např. v roztoku hydrogenuhličitanu za tvorby soli, ethylester nikoliv. o se bude dít, nechám-li na ethylester kyseliny působit vroucí roztok hydroxidu sodného? d. tert-butylchlorid a 1-chlorbutan

18 1-chlorbutan bude poskytovat reakcí s kyanidem dimethylpropionitril (mechanismus S N 2) tert-butylchlorid bude poskytovat (mechanismus S N 1) isonitril -2-isokyano-2-methylpropan silně páchnoucí

19 YDRXYDERIVATY 1. Seřaďte uvedené hydroxysloučeniny podle vzrůstající kyselosti: propanol, p-nitrofenol, p-aminofenol, methanol, fenol propanol, methanol, p-aminofenol, fenol, p-nitrofenol 2. Napište libovolnou reakci alkoholu, ve které se alkohol chová: a. jako báze např. b. jako kyselina např. Na 3. Napište libovolnou konkrétní reakci, při které dochází v kyselém prostředí ke vzniku alkoholu. např. Na nebo Napište průběh reakce, ke které bude docházet, když směs formaldehydu a benzaldehydu podrobíte působení hydroxidu. 2 Viz. hydroxysloučeniny - annizarova reakce. Zde se jedná o zkříženou annizarovu reakci. 5. Navrhněte přípravu: a. 2-propanolu z libovolného esteru karboxylové kyseliny

20 např.: b. 3,6-dimethyl-oktan-3,6-diolu z ethynu c. m-nitrofenolu z benzenu d. 4-hydroxybenzaldehyd z fenolu Znl N 4 l N 2 l l N 2 N 2 l N l N l N 2 l l l 6. Jaký produkt budete očekávat při reakci: a. 2-methyl-oxiranu s methylmagnesium bromidem a následným rozkladem vzniklého produktu vodou Mg 2 Mg - Mg b. 2-butanonu s bezvodým ethanolem za kyselé katalýzy c. 1-naftolu s 4-methoxybenzendiazonium chloridem

21 d. 3,3-diethyl-pentan-2-olu v kyselém prostředí 7. Napište produkty hydroborace: a. 2-methyl-cyklopentenu b. methylen-cyklopentanu 8. Napište produkt kysele katalyzované dehydratační reakce následujících derivátů: a) b)

22 c) Napište mechanismus následující reakce a uveďte její název: Intramolekulární annizarova reakce Napište reakce: a. formaldehyd + ethylmagnesiumbromid + 2 Mg ether 2 3 b. propanal + methylmagnesiumbromid Mg 3 + -Mg 2+ -X -

23 2 + Mg ether 3 2 c. 2-butanon + isopropylmagnesiumchlorid Mg 3 ether 3 Mg 2 5 Mg 3 + -Mg 2+ -X Mg 2+ -X - d. ethylester kyseliny mravenčí + 2ekv. methylmagnesiumbromidu 2 Mg ether Mg Mg 3 + -Mg 2+ -X - + e. methyl-2-fenyl-ethanoát + 2ekv. fenylmagnesiumbromidu Ph ether + 2 Mg Ph Ph Mg + Mg 3 + -Mg 2+ -X - Ph Doplňte produkty reakcí: a. Ph Ph b. c.

24 a) (t-bu) 3 Al b) 5 I c) 5 I Navrhněte syntézu 5-hydroxy-pentan-2-onu z ethylesteru kyseliny 4-oxopentanové. + LiAl Doplňte intermediáty v následující reakci: 2 Mg Mg Mg éter Mg Navrhněte přípravu: a. acetonu z 3-chloro-2,3-dimethyl-butan-2-olu b. m-nitrofenolu z benzenu

25 15. Kopulací jaké diazoniové soli s jakou aromatickou sloučeninou může vzniknout 1-[4-(4- methoxy-phenylazo)-phenyl]-ethanon? 16. Jakou reakcí připravíte z 2-brombutanu 1-buten? viz alkeny eliminace ofmannovo pravidlo 17. Která z uvedených sloučenin nemůže být opticky aktivní? 2-brombutan, 2-brompropan, 2,3-dihydroxypropan, methoxyethan 2-brompropan a methoxyethan 18. Jednostupňovou reakcí připravte z benzaldehydu opticky aktivní sloučeninu. 19. Jaké produkty vzniknou oxidací Z-(1-bromo-2-chloro-propenyl)-benzenu manganistanem draselným? Nakreslete jejich prostorové vzorce a vyberte správná tvrzení: a. vzniká pouze jeden derivát, který je opticky aktivní b. vzniká pouze jeden derivát, který není opticky aktivní c. vznikají dva deriváty, přičemž jednoho je výrazně víc d. vznikají dva deriváty ve stejném poměru e. vznikají tři deriváty ve stejném poměru f. vznikají dva enantiomery g. vznikají dva diastereoisomery h. vznikají dva diastereoisomery, které nejsou opticky aktivní i. vznikají tři diastereoisomery

26 červeně jsou označena správná tvrzení a. Vzniká pouze jeden derivát, který je opticky aktivní. b. Vzniká pouze jeden derivát, který není opticky aktivní. c. Vznikají dva deriváty, přičemž jednoho je výrazně víc. d. Vznikají dva deriváty ve stejném poměru. e. Vznikají tři deriváty ve stejném poměru. f. Vznikají dva enantiomery. g. Vznikají dva diastereoisomery. h. Vznikají dva diastereoisomery, které nejsou opticky aktivní. i. Vznikají tři diastereoisomery.