OCH/OC2. Dusíkaté deriváty

Transkript

1 OCH/OC2 Dusíkaté deriváty 1

2 2

3 1. Nitrosloučeniny 3

4 Vlastnosti silný I a M efekt vysoká polarizace vazeb N=O a C-N Silně polární látky => vysoké body varu t.v. = 101 o C t.v. = -16 o C malá rozpustnost ve vodě, dobrá v organických rozpouštědlech zápach hořkomandlový bezbarvé nebo nažloutlé kapaliny aromatické deriváty - toxické 4

5 Vlastnosti α vodíky kyselé (pk a ~ 9-10) vlivem kladně nabitého atomu dusíku dochází k uvolnění vazeb vodíku k uhlíku v poloze - tento vodík se štěpí jako proton, čímž dochází ke vzniku tautomerní formy nitrolátky, která pak vykazuje slabě kyselé vlastnosti (rozpouští se v roztoku NaOH) analogie enolátů 5

6 Zástupci CH 3 O N N O 2 N N F N H NO 2 Rohypnol Azomycin (sexuálně přenosné infekce) Cl NH Cl NO 2 Pyrrolnitrin (fungicid) TNT 6

7 Příprava 1. S E - nitrace činidla: HNO 3, C(NO 2 ) 4, N 2 O 5, NO 2 X S E u aromatických sloučenin viz aromáty S E u alifatických sloučenin Příklady: 7

8 Příprava 2. S N viz halogenderiváty Alifatické nitrolátky se snadno připraví reakcí alkyl halogenidů s dusitanem stříbrným v DMF. 8

9 Příprava 3. S r alifatické uhlovodíky - viz alkany aromatické uhlovodíky - Sandmeyerova reakce 9

10 Příprava 4. Adice Y NO 2 NO 2 Y Y = Cl, O 2 N-O-, HO - 10

11 Příprava 5. Oxidace 11

12 Reaktivita 1. Redukce průběh redukce závisí jednak na ph roztoku, jednak na způsobu provedení katalytická redukce R NO 2 3H 2 kat. R NH2 H 2 O redukce kovy kyselé prostředí (Fe, Zn, Al, H 3 O +, CH 3 COOH) R NO 2 R NH 2 neutrální prostředí (Zn/NH 4+, Al/Hg + ) R NO 2 R NH OH alkalické prostředí (Zn/OH -, Al/OH - ) R NO 2 R NH NH R 12

13 Reaktivita O R N O 2H 2 O 2OH H 2 O H 2 O OH 2H 3 O 2H 2 O O R N O 2e H H M M 2+ H 2 O R N O R N O 2e M M 2+ H 3 O H 2 O R N OH H 3 O H 2 O H 2 O OH R NH OH H 3 O R NH 2 H 2 O H 3 O R N H R N 2e H H 2 O H 2 O H R NH O H R NH OH H R N O R N OH R N O R N R N OH OH M M 2+ R N R N H O H R N O -H 2 O R N O 13

14 2. Nitrososloučeniny 14

15 Vlastnosti N-nitroso-N-methylmočovina (silný karcinogen, mutagen, terratogen) zbarvení zelené modré, rozpustné v organických rozpouštědlech toxické a karcinogenní látky nestálé sloučeniny => dimerizace, isomerizace R R N N O O R O 2 R N O N N O R Z-isomer E-isomer 15

16 Vlastnosti nestále sloučeniny, tautomerizace R H 2 C N O R C N OH aldoxim H R R CH N O R R C N OH ketoxim HO N O O N OH H OH R N N O N N R 16

17 Příprava nitrosylového kationtu z dusitanu Příprava z funkčních derivátů kyseliny dusité 17

18 Nitrosace na uhlíkovém atomu Kyselá - aromatické systémy Příprava! nutná aktivace 18

19 Nitrosace na uhlíkovém atomu Kyselá - alifatické systémy Příprava 19

20 Nitrosace na uhlíkovém atomu Bazická Příprava 20

21 Nitrosace na dusíkovém atomu Primární aminy Příprava 21

22 Nitrosace na dusíkovém atomu Sekundární aminy Příprava Terciární aminy R 1 N R 2 NO R 1 R 2 N R R 3 3 N O 22

23 Reaktivita Redukce R N O 2H 2e R H N OH 2H 2e R NH 2 H 2 O Oxidace R N O H 2 O - 2H - 2e O R N O 23

24 Reakce s Grignardovými činidly Reaktivita 24

25 3. Aminosloučeniny 25

26 ~ deriváty amoniaku atom dusíku s volným el. párem = bazické a nukleofilní vlastnosti intermolekulární vodíkové vazby => vyšší teploty varu než alkany s podobnou Mr 26

27 Vlastnosti Volný elektronový pár osciluje z jedné strany na druhou a v důsledku toho se zbývající vazby také překlápějí. Jeden enantiomer rychle přechází v druhý a opačně (tzv. Waldenův zvrat). Velká rychlost překlápění ( s-1) způsobuje, že dosavadní technikou nelze izolovat optické izomery. 27

28 Vlastnosti rozpustné v organických rozpouštědlech, nižší i ve vodě kvartérní amoniové soli rozpustné ve vodě, ne v aprotických rozpouštědlech silný zápach Kadaverin (lat. cadaver = mrtvola) 28

29 Vlastnosti Bazicita NH 2 NH 2 H N NO 2 pkb = 9,42 pkb = 13,21 pkb = 13,00 Slabší báze nižší pk a amoniového iontu Silnější báze vyšší pk a amoniového iontu 29

30 Vlastnosti Bazicita Alifatické aminy: bazičtější než amoniak bazicita roste v řadě terciární < primární < sekundární Aromatické aminy: méně bazické než amoniak (vliv konjugace aromatického jádra) Ve srovnání s alkylaminy jsou aromatické aminy mnohem méně zásadité. Například anilin je 106x méně zásaditý než cyklohexylamin. Amidy jsou ve srovnání s aminy velmi slabě bazické. McMurry, Organická chemie, str

31 Vlastnosti Reakce aminů se silnými kyselinami Reakcí silných kyselin s aminy vznikají alkylamoniové soli. Tvorba amonných solí se s výhodou používá na dělení a čištění aminů od neutrálních nebo látek nerozpustných v kyselém prostředí. 31

32 Vlastnosti Kyselost aminů V přítomnosti silných bází mohou primární a sekundární aminy vystupovat jako slabé kyseliny a být deprotonovány na amidy. 32

33 Vlastnosti dusík netvoří sloučeniny, které by měly na jednom uhlíku vázány dvě primární aminoskupiny, tyto útvary se stabilizují odštěpením amoniaku R NH 2 CH NH 2 R C H NH + NH 3 aldimin R NH 2 C R NH 2 R C NH R + NH 3 ketimin výjimka močovina, guanidin 33

34 Zástupci heroin morfin nikotin kokain 34

35 Příprava 1. Redukce redukcí nitrilů nebo amidů působením LiAlH 4 35

36 Příprava 1. Redukce redukce nitrolátek 36

37 Příprava 1. Redukce redukce azidů 37

38 Příprava 1. Redukce 38

39 Příprava 2. Substituce nukleofilní v alifatické řadě 39

40 Příprava 3. Gabrielova syntéza 40

41 Příprava 4. Hydroxyethylace aminů 41

42 Příprava 5. Substituce nukleofilní v aromatické řadě reakce halogenderivátů viz halogenderiváty Buchererova reakce viz hydroxysloučeniny 42

43 Příprava 6. Adice nukleofilní 43

44 Příprava 7. Reduktivní aminace 44

45 Příprava 7. Reduktivní aminace 45

46 Reaktivita 1. Substituce nukleofilní - viz halogenderiváty - viz příprava 2. Hofmannova eliminace 46

47 Reaktivita 3. Adice nukleofilní Primární aminy (popř. amoniak) => vznik iminů (vazba C=N) R = OH R = NH 2 R = alkyl, Ar hydroxylamin oximy hydrazin hydrazony primární amin Schiffovy báze 47

48 Reaktivita 3. Adice nukleofilní Primární aminy (popř. amoniak) => vznik iminů (vazba C=N) Příklady: 48

49 Reaktivita 3. Adice nukleofilní Sekundárníí aminy => vznik enaminů (vazba C=N) 49

50 Reaktivita 3. Adice nukleofilní Sekundárníí aminy => vznik enaminů (vazba C=N) Příklad: 50

51 Reaktivita Příprava nitrilů aminokyselin 51

52 Reaktivita Mannichova reakce 52

53 Reaktivita Reakce s nitrily kyselin amidiny 53

54 Reaktivita viz nitrososloučeniny Diazotace + Sandmayerovy reakce 54

55 4. Diazoniové soli 55

56 Vlastnosti Stabilita je-li diazoniová skupina v konjugaci se skupinou s +M efektem, je snížen její elektrofilní charakter a zvýšena stabilita N 2 N 2 N 2 H 3 C N N NO 2 NH 2 porovnej 56

57 Příprava 1. Diazotace Ar NH 2 NO 2 H 3 O Ar N 2 H 2 O - mechanismus viz nitrosace NH 2 NH 2 NO 2 H 3 O N 2 N 2 NH 2 NH 2 NO 2 H 3 O N N H N 57

58 Příprava 2. Oxidace arylhydrazinů Ar H N NH 2 H 2 HgO Ar N N 2Hg 2H 2 O 3. Oxidace některých azosoučenin Ar N N OH CrO 3 H 2 O O O Ar N N 58

59 Reaktivita 1. S E kopulace s aromáty O Ar N N Ar N N OH methylčerveň methyloranž 59

60 Reaktivita 1. S E kopulace s aromáty NH 2 Ar N N Ar N N H N 1-aryl-3-fenyltriazeny NH 2 H 2 N Ar N N Ar N N NH 2 NH 2

61 Reaktivita Substituenty, které přitahují elektrony v poloze ortho nebo para diazoniového iontu, zmenšují hustotu elektronů diazoskupiny a zvyšují tak její reaktivitu. Porovnej reaktivitu 61

62 Reaktivita 1. S E kopulace s C-kyselinami Ar N N CN H 2 C CN Ar H N N CN CN O C Ar N N H 2 C C O OCH 3 OCH 3 Ar H N N COOCH 3 COOCH 3 62

63 Reaktivita 2. S N 3. S R 63

64 Reaktivita 4. redukce siřičitanem sodným na arylhydraziny 64

65 5. Diazosloučeniny 65

66 Vlastnosti plynné kapalné pevné rozpustné v organických rozpouštědlech stabilní jen za nízkých teplot za vyšších teplot explozivní z alifatických sloučenin je nejdůležitější diazomethan žlutý, jedovatý plyn rozpustný v diethyletheru sklon k explosivním rozkladům použití methylace 66

67 Příprava 67

68 Reaktivita 68

69 Reaktivita Reakce s karboxylovými kyselinami (příprava methylesterů) 69

70 Reaktivita Reakce s karbonylovými sloučeninami Cyklické ketony => rozšíření kruhu 70

71 Reaktivita Příprava karbénů 71

72 Reaktivita 72

73 Sloučeniny síry 73

74 Rozdělení X H thioly, thiofenoly - - R thioethery Dialkylsulfoxidy Dialkylsulfony OH sulfenové kyseliny sulfinové kyseliny sulfonové kyseliny Cl Sulfenylchloridy Sulfinylchloridy Sulfonylchloridy OR estery sulfenových kyselin estery sulfinových kyselin (sulfináty) estery sulfonových kyselin (sulfonáty) NH 2 sulfenamidy sulfinamidy sulfonamidy 74

75 Thioly a thiofenoly, thioethery Příprava - S N R-X + HS -X R-SH R-X + R 1 -S -X R-S-R 1 75

76 Thioly a thiofenoly, thioethery Příprava - S N 76

77 Thioly a thiofenoly, thioethery Reaktivita R-S-R 1 ox. R S R 1 O ox. R O S R 1 O C H 3 S CH 3 O Dimethylsulfoxid DMSO sulfoxidy sulfony univerzální rozpouštědlo 77

78 Thioly a thiofenoly, thioethery Zástupci ClCH 2 CH 2 ClCH 2 CH 2 S S S O Yperit Allicin přírodní antibiotikum obsažen v česneku O HS NH 2 OH L-cystein přirozená aminokyselina H 3 C SH O N H O OH Tiopronin antidotum při otravě těžkými kovy

79 Sulfonové kyseliny Příprava 1. Oxidace thiolů R-SH H 2 O 2 R-SO 3 H 2. S R R-H + SO 2 + Cl 2 uv R-SO 2 Cl O H 2 -HCl R-SO 3 H 3. S E Ar-H H 2 SO 4 (SO 3 ) Ar-SO 3 H 79

80 Sulfonové kyseliny Příprava 80

81 Sulfonové kyseliny Reaktivita SO 2 -OH PCl 5 SO 2 -Cl NH 3 SO 2 -NH 2 -HCl -HCl benzensulfamid N H 2 SO 2 N H R léčiva - Sulfonamidy látky s baktericidními účinky N R= S Sulfathiazol 81

82 Příklady 1. Určete, která z uvedených dvojic látek je bazičtější: a. ethylamin a amid kyseliny octové b. pyridin a 4-nitropyridin c. ethylamin a triethylamin d. glycin a alanin 2. Nakreslete produkty reakce následujících sloučenin s dusitanem za přítomnosti zředěné H 2 SO 4 a. anilin b. N-ethylanilin c. N,N-dimethylanilin d. Trimethylfenylamoniová sůl 3. Jak připravíte: a. anilin z nitrobenzenu b. nitrobenzen z anilinu c. N-fenylhydroxylamin z nitrobenzenu d. N,N - difenylhydrazin z benzenu 82

83 Příklady 4. V jakém prostředí proběhne následující reakce, odůvodněte návrhem mechanismu. H 3 C O CH 3 HN H 3 C H 3 C CH 3 H 3 C CH 3 N CH 3 N CH 3 CH 3 5. Navrhněte jednostupňovou syntézu: a. diethyl-[(1h-indol-3-yl)-fenyl-methyl]-aminu reakcí třech výchozích sloučenin, z nichž jedna je benzaldehyd. b. N,N-dimethylaminoethanolu reakcí dvou výchozích sloučenin c. 1-buten zahříváním jediné výchozí dusíkaté sloučeniny d. cyklohexyl-cyklohexylidene-aminu ze dvou reakčních komponent 83

84 Příklady 6. Nakreslete strukturní vzorce sloučenin s daným sumárním vzorcem: Br NH 2 báze N 2 H 4 C 3 H 6 O + C 8 H 5 NO 2 C 15 H 11 NO 2 C 10 H 13 N + H H 2 O NaBH 4 H N 7. Jak bude reagovat benzaldehyd s: a. diethylesterem kyseliny malonové za katalýzy ethanolátem sodným b. acetanhydridem za katalýzy octanem sodným a vodou c. 50% molárním množstvím hydrazinu za kyselé katalýzy d. acetylchloridem za katalýzy chloridem hlinitým 8. Navrhněte přípravu 3-chlorethylbenzenu z benzenu. 84

85 Příklady 9. Která z uvedených sloučenin může tvořit geometrické izomery: a. 2-methyl-but-2-en b. penta-1,3-dien c. 3-methyl-penta-1,3-dien d. 2,2'-Dimethyl-bicyclohexyliden 10. Nakreslete strukturní vzorce opticky aktivních isomerů odvozených od sloučeniny se sumárním vzorcem C 7 H Nakreslete strukturní vzorec produktu, který by vznikl Diels-Alderovou reakcí cyklopentadienu a cyklopentenu. 85