Přírodovědecká fakulta Organická chemie

Transkript

1 Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem Přírodovědecká fakulta rganická chemie Doc. Čermák Pracovní seminář

2 Kurz rganická chemie sestává z osmi hodin Společných konzultací a deseti hodin Pracovních seminářů. Ke každé ze Společných konzultací přísluší jeden oddíl Samostudia, který by studenti měli prostudovat jak před, tak poté co absolvují příslušnou Společnou konzultaci. Součástí každého oddílu Samostudia jsou řešená cvičení, která studenti musí zvládnout a řešení porozumět nejpozději před absolvováním další Společné konzultace. Pracovní semináře slouží jednak k diskuzi o některých částech učiva vyžadujících zvýšenou interakci s vyučujícím a dále a především ke společným interaktivním řešením úloh, jejichž správné výsledky studenti předem neznají. Vyučující je studentům k dipozici kromě hodin Společných konzultací a Pracovních seminářů také prostřednictvím ového spojení v pevně vyhrazených časech.

3 Pracovní seminář1

4 Pravidla pro kreslení Lewisových struktur 1. Nakreslete kostru molekuly s uváž ením vaznosti prvků NE! 2. Spoč ítejte dostupné valenč ní elektrony s uváž ením nábojů x 1 = x 4 = 4 celkem x 1 = x 6 = 6 ná boj +1-1 celkem 8

5 3. Znázorněte všechny kovalentní vazby dvěma sdílenými elektrony tak, aby co nejvíce atomů obklopoval oktet (u vodíku duet). Prvky z konce periodické tabulky mohou obsahovat volné elektronové páry Br Br Br Br NE! Č asto je třeba použ ít násobné vazby, aby se vyhovělo oktetové mu pravidlu N N N N NE! NE! N N

6 4. Přiřaďte atomů m v molekule náboje Náboj Poč et valenč ních Poč et nevazebných = elektronů volné ho - - 1/2 elektronů neutrálního atomu Poč tu vazebných elektronů kolem atomu N S N Struktury se separací náboje

7 Vyjímky z oktetové ho pravidla 1. Uskupení atomů mající nepárový poč et elektronů N 2. Některé slouč eniny prvků ze zač átku druhé řady periodické tabulky mají deficit elektronů Be B

8 Vzorce Kekulé N N 3. Prvky v třetí a dalších řadách p.s. mohou mít tzv. rozšířenou valenč ní sfé ru, tedy více jak osm elektronů, č asto však lze nakreslit odpovídající struktury se separací náboje vyhovující oktetové mu pravidlu P S P S

9 Rezonanční formy (struktury) 3 2- Jádra atomů zůstávají na místě, pohybují se jen elektrony! Molekula nikdy nezaujímá jen jednu z rezonančních struktur, vž dy jde o rezonanční hybrid!! Delokalizace elektronů 2/3-2/3-2/3 - Jiné příklady:

10 Neekvivalentní rezonanč ní struktury S S Nalezení nejvíce přispívající rezonanč ní struktury Pravidlo 1. Nejvíce přispívají struktury s maximem oktetů N N Pravidlo 2. Náboje mají být na atomech s odpovídající elektronegativitou Pozor: Pravidlo 1 má přednost!

11 Pravidlo 3. Důlež itější jsou struktury bez nábojů nebo s náboji blíž e u sebe Majoritní Minoritní N N N N Majoritní Minoritní

12 Typy vzorců už ívaných pro organické látky Kekulé Kondenzovaný Č á rové vazby Br Br Br Br Br Br 3 2 2

13 Perspektivní konfigurač ní vzorce: klínové vazby

14 1. Najděte chyby: N N

15 2. Nakreslete rezonanční struktury: N S 2 2 N N N

16 3. Převeď te do Kekulého struktur: 3 N ( 3 ) 2 N 2 2 BrBr

17 4. Převeď te do Kekulého struktur: N Br Br N S

18 5. Převeď te na kondenzované vzorce: 2 N N 2 Br Br Br N

19 6. Převeď te na kondenzované vzorce: N N 3 S F F F

20 7. Převeď te na perspektivní konfigurační vzorce: N S 3 3 l 3 ( 3 ) 2 N 3 2 3

21 1. V následujících sloučeninách označte funkční skupiny: I N

22 2. Pojmenujte následující sloučeniny: ( 3 )( 3 )( 3 )( 3 )

23 3. Nakreslete sktuktury odpovídající následujícím názvům, pak je zkontrolujte a případně názvy opravte: 2-methyl-2-propylpentan 5-(1,1-dimethylpropyl)nonan 2,3,4-trimethyl-4-butylheptan 4-tert-butyl-5-isopropylhexan 4-(2-ethylbutyl)dekan 2,4,4-trimethylpentan 2-sek-butylheptan isoheptan neoheptan 1-chlor-4-methylheptan 2,6-dijodhexan 2-(1,1,1-trifluormethyl)propan 4-(2-brompropyl)dekan

24 4. Nakreslete a pojmenujte všechny izomerní heptany (celkem 9):

25 5.S použ itím Newmanovy projekce nakreslete tyto látky v nejstabilnější konformaci na uvedené vazbě: 2,2-dimethylbutan; 2-3 2,2-dimethylpentan; 3-4 2,2,4-trimethylpentan; 3-4

26 Relativní stabilita alkanů ze spalovacích tepel 2 n 2n+2 + (3n + 1) 2 2 n 2 + (2n + 2) 2 + teplo Toto teplo se nazývá spalovací teplo a značí spal ,5 2 Ε = 2,0 kcal/mol ( 3 ) 3 + 6,5 2 0 comb = -687,4 kcalmol -1 0 comb = -685,4 kcalmol -1 E

27 Spalovací tepla různých organických sloučenin [kcal/mol] normalizovaná na 25 plynný 2 a kapalnou vodu Slouč enina Methan Ethan Propan Butan 2-Methylpropan Pentan Pentan exan yklohexan Ethanol Ethanol Sacharóza Skupenství g g g g g g l l l g l s spal -212,8-372,8-530,6-687,4-685,4-845,2-838,8-995,0-936,9-336,4-326,7-1348,2

28 1. Určete, které konstituční izomery vzniknou monohalogenací následujících látek:

29 2. Uveď te hlavní organické produkty následujících reakcí: l 2 hν 3 + Br 2

30 3. Propanal ( 3 2 ) a propanon ( 3 3 ) jsou izomery, jejich spalná tepla jsou 431,1 kcal/mol (propanal) a 427,9 kcal/mol (propanon). a) Napište vyčíslené rovnice spalová ní obou lá tek b) Jaký je energetický rozdíl mezi sloučeninami? Která má menší obsah energie? c) Která sloučenina je termodynamicky stabilnější?

31 4. Zformulujte mechanismus radikálové bromace benzenu. Spočítejte 0 pro kaž dý propagační krok a pro celou reakci. Bude reakce termodynamicky proveditelná? D 0 ( 6 5 -) = 112 kcal/mol D 0 ( 6 5 -Br) = 81 kcal/mol D 0 (Br-Br) = 46 kcal/mol D 0 (-Br) = 87 kcal/mol

32 Pracovní seminář2

33

34 Smě r pohledu 2 2 a a a a a a e e e e e e sa molekuly Axiální polohy Ekvatoriální polohy e e e e e e Rovník molekuly

35 1. Pojmenujte slouč eniny podle nomenklatury IUPA: I 3 l ( 3 ) 2 l Br Br 3 Br Br

36 2. Pro každýz následujících derivátů cyklohexanu urč ete konfiguraci (cis/trans), uveď te zdali je molekula v nejstabilnějšíkonformaci a pokud ne, nejstabilnější konfiguraci nakreslete: N I N Br Br

37 3. Která ze č tyřvanič kových konformacímethylcyklohexanu je nejstabilnějšía proč?

38 4. znač te tyto látky za mono-, seskvi- nebo diterpeny, nalezněte isoprenové jednotky a označ te ve slouč eninách funkč nískupiny:

39 5. Nakreslete všechny možné struktury 5 10 izomerů obsahujících jeden kruh a pojmenujte je.

40 Specifické otáčivosti ně který ch látek [α] D ,1 * * + 23,1 Br 3 3 Br (-)-2-Brombutan (+)-2-Brombutan * + 8,5-3,8 2 N 3 (+)-2-Aminopropanová kyselina [(+)-Alanin] * 3 (-)-2-ydroxypropanová kyselina [(-)-Mléčná kyselina]

41 1 : 1 směs pravotoč ivého a levotoč ivého enantiomeru se nazývá racemická směs Měřením optické otáč ivosti směsi mů žeme, známe-li specifickou otáč ivost jednoho č istého enantiomeru, vypoč ítat jejísložení(optickou č istotu, enantiomernípřebytek) % optické č istoty = [α] pozorovaná /[α] x 100 = enantiomernípřebytek Příklad: směs o 50 %ním enantiomerním přebytku (+) (+) (+) (-) 50 % (+) 50 % racemická směs Každýč tverec představuje 25 % celkového vzorku, pozorovaná otáč ivost je 50 % otáč ivosti č istého (+) enantiomeru

42 Š est různý ch zobrazení stejné slouč eniny: (S)-2-brombutan Br 3 Br 2 3 Br Br Br 3 Br

43 Fischerova projekce d d d b a b c a c a b b c

44 Br 2 3 Br Br 3 2 Br (R)-2-brombutan (S)-2-brombutan Dvě další zobrazení (R)-2-brombutanu Br 3 Br Br Br

45 Změ ny absolutní konfigurace rotací Fischerovy projekce Br Br 2 3 rotace 3 3 R S Br rotace 180 Br S S Rotace o lichý násobek 90 mě níkonfiguraci, rotace o sudý násobek 90 konfiguraci zachovává.

46 Změ ny absolutní konfigurace vý mě nou skupin na stereocentru ve Fischerově projekci 3 Br Br 2 3 Br l Br l 3 l Br Lichý počet vý mě n (jaký chkoli) substituentů mě níkonfiguraci, sudý počet vý mě n (jaký chkoli) substituentů konfiguraci zachovává. hceme-li zjistit, zda jsou dvě zobrazenístejná, provedeme právě nutný počet vý mě n substituentů od jednoho ke druhému zobrazení. Sudý počet znamená, že zobrazeníjsou stejná, lichý že jde o opačnou konfiguraci.

47 Urč ení absolutní konfigurace ve Fischerově projekci 1. Nakreslíme molekulu v jakékoli Fischerově projekci 2. Určíme prioritu substituentů na stereocentru podle sekvenčních pravidel 3. Jestliže potřeba, dvojitou vý mě nou substituentů umístíme skupinu s nejnižšíprioritou (d) nahoru 4. Je-li pořadísubstituentů a,b,c ve smě ru hodinový ch ručiček, jde o konfiguraci R, je-li opačné, jde o konfiguraci S d d d d d d a b c a b c b a a c c b c b a c b a R R R S S S

48 Dě lení enantiomerů optická rezoluce (rozdě lení) X R + X S Racemická směs enantiomerů. Složky směsi majístejné fyziká lnívlastnosti pticky č isté č inidlo Y S X R Y S + X S Y S Směs diastereomerů. Složky směsi majírů zné fyziká lnívlastnosti Dělení diastereomerů X R Y S X S Y S Š těpení X R + Y S X S + Y S Separace a recyklace Y S X R X S Č isté enantiomery

49 Příklad: 2 N 3 Racemický (R,S)-but-3-yn-2-amin + (+)-Kyselina vinná 2, ně kolik dnů N 3 3 Pravotočivý (+)-vinan R-aminu Krystalizuje z roztoku R + N 3 3 Levotočivý (+)-vinan S-aminu Zů stává v roztoku S K 2 3, 2 K 2 3, 2 N 2 3 R (R)-(+)-but-3-yn-2-amin [α] D 22 = +53,2; b.v N 2 47 % 51 % 3 S (S)-(-)-but-3-yn-2-amin [α] D 20 = -52,7; b.v

50 1. S pomocístereochemické terminologie (identické, enantiomery, diastereomery) popište vztah nezi dvěma sadami stejných objektů a) Dvěma levými botami a dvěma pravými botami b) Dvěma levými bruslemi a párem bruslí c) Pravou rukavicípoloženou dlanína dlaň levé rukavice a levou rukavicí položenou dlanína dlaň pravé rukavice

51 2. Popište následujícídvojice molekul jako identické nebo konstituč níizomery nebo konformery nebo stereoizomery (enantiomery, diastereomery). Jakývztah by byl mezi konformery při tak nízké teplotě, která nedovoluje vzájemnou přeměnu? l 3 l Br 3 3 Br l Br l Br 3 l l 3 3 l 3 3 l

52 3. Které z následujících slouč enin jsou chirální? a) 2-methylheptan b) 3-methylheptan c) 4-methylheptan d) 1,1-dibrompropan e) 1,2-dibrompropan f) 1,3-dibrompropan g) ethen h) ethyn i) benzen j) epinefrin l) kys. citronová 2 N k) vanilin m) kys. askorbová 3

53 4. Kterýz následujících izomerů 5 12 je chirální?

54 5. Kterýz následujících derivátů cyklohexanu je chirální?

55 6. Nakreslete vzorce následujících slouč enin: a) (R)-2-chlorpentan b) (S)-2-methyl-3-bromhexan c) (S)-1,3-dichlorbutan d) (R)-2-chlor-1,1,1-trifluor-3-methylbutan e) (R)-3-brom-3-methylhexan f) (3R,5S)-3,5-dimethylheptan g) (2R,3S)-2-brom-3-methylheptan h) (S)-1,1,2-trimethylcyklopropan i) (1S,2S)-1-chlor-1-trifluormethyl-2-methylcyklobutan j) (1R,2R,3S)-1,2-dichlor-3-ethylcyklohexan

56 1. Nakreslete struktury produktů S N 2 reakce kyanidového iontu s a) meso-2,4-dibrompentanem b) trans-1-jod-4-methylcyklohexanem

57 2. Uveď te produkt reakce 1-chlor-6-jodhexanu s jedním ekvivalentem methylselenidu sodného (Na + - Se 3 )

58 3. Předpovězte relativníkyselosti v následujících dvojicích 2 S, 2 Se P 3, 2 S l 3, l 2 Br, 2 Se N 4+, 3 +

59 4. Předpovězte relativníbazicity v následujících dvojicích -, - S - P 2, - S I -, - Se S 2-, S 3 -

60 5. Kterýz následujících nukleofilů bude reagovat rychleji s brommethanem? 3 3 S nebo 3 S 3 ( 3 ) 2 N nebo 3 N 2

61 6. Reakce 4-chlorbutan-1-olu s Na v DMF dává produkt 4 8. Navrhněte strukturu a mechanismus.

62 7. dhadněte relativníreaktivitu v S N 2 reakci. Br 3 Br

63 8. V následujících reakcích označ te nukleofil, vlastnínukleofilníatom, elektrofilní atom v substrátu a odstupujícískupinu. Napište produkty. Br + NaS 3 I + NaN 2 S F 3 + NaI 3 l + N 3 I + NaN 3 + KSeN l

64 9. Uveď te potenciálníprodukty pozor, některé látky nereagují. Proč? 3 2 I + K l ( 3 ) 2 2 Br + s I l + K SN 3 2 F + Li l DMF K I DMS DMS 3 2 I + K 3

65 10. Jakým způ sobem mů žete provést následujícípřeměny? 3 3 S 2 3 N 3 Br N (R) (S) Br S N N 3 3 3

66 Pracovní seminář3

67 1. ydrolý za následujícíslouč eniny poskytuje dva různé alkoholy. Vysvě tlete. 3 l 3

68 2. Rychlost eliminace Br z cis-1-brom-4-(1,1-dimethylethyl)cyklohexanu je úmě rná jak koncentraci této látky (substrátu) tak koncentraci báze. Rychlost eliminace trans izomeru je úmě rná jen koncentraci substrátu. Nakreslete a vysvě tlete.

69 3. Který z nukleofilů v následujících dvojicích bude dávat vyššípomě r eliminace/substituce v reakci s 1-brom-2-methylpropanem? a) N( 3 ) 3 P( 3 ) 3 b) 2 N 3 N 3 2 c) I l

70 4. Uveď te dva hlavníprodukty následujícíreakce: S

71 5. Uveď te hlavnísubstituč níprodukty následujících solvolý z: a) 3 3 Br 3 2 b) Br ( 3 ) F c) 3 2 l 3 d) Br 3 3 e) 3 3 l D 2 f) 3 3 l D 3 3

72 Acidobazické vlastnosti alkoholů K R + 2 R + 3 K a = K [ 2 ] = [ 3 + ][R - ] [R] [mol l -1 ] Alkoxidový ion pk a = - log K a pk a hodnoty alkoholů a příbuzný ch slouč enin ve vodě Slouč enina pk a Slouč enina pk a 2 15,7 l ,3 3 15,5 F , ,9 F ,6 ( 3 ) 2 17,1 F ,4 ( 3 ) 3 18

73 K 3 + Na + 2 N - 3 Na N Amid sodný Methoxid sodný pk a = 15,5 pk a = 35 K Na Na pk a = 15,9 pk a = 15,7

74 Kyselost alkoholů urč uje solvatace a induktivní efekt 3- - (3)3- -

75 Relativní pk a hodnoty alkoholů v roztoku 3 < primární < sekundární < terciární Dalším podstatný m vlivem na aciditu alkoholů je přítomnost halogenu přitahujícího elektrony. becně se přenos náboje, kladného č i záporného, σ vazbami uhlíkového řetě zce nazý vá induktivníefekt efekt.

76 Volné elektronové páry na kyslíku č iníalkoholy bazický mi. Alkoholy jsou amfoterní mohou se chovat jako kyseliny č i jako báze. Mírnábáze Silnábáze R Silnákyselina R Mírnákyselina R Alkyloxoniový ion Alkohol Alkoxidový ion pk a hodnoty č tyř protonovaný ch alkoholů : Slouč enina pk a , ( 3 ) ,4-3,2 ( 3 ) ,8

77 Slož itější alkoholy: úvod do organické synté zy Totální synté za je taková synté za, kdy je cílová látka připravena z jednoduchých, maximálně pětiuhlíkatých látek, které by měly být snadno dostupné N 1954: R.B. Woodward 28 kroků, 0,00006 % 2000: 10 kroků, 1,4 % N Strychnin

78 Příklady uplatně níznalosti mechanismu k předpově di vý sledku reakce I I I Br F Br F I 3 3 MgBr ( 3 2 ) 2 δ δ δ+ δ+ + 3 MgBr ( 3 2 ) 2 MgBr Br 3 3 Br + + ostatní bromidy Br 2, hν Br 2, hν Br

79 Metodologie synté zy Nová reakce ílené hledání Náhoda věřeníobecnosti a limitů použitelnosti reakce: mnoho různý ch substrátů, přítomnost vedlejších produktů, tolerance jiný ch funkč ních skupin, mechanismus, jaká změ na v molekule. omologace: R + 2 R 2 M Nová synteticky významná reakce

80 Dosavadní syntetický arzenál R 2 2 Nu R 2 2 D R Nu DMS D 2 2 = R 2 2 Br Mg ( 3 2 ) 2 R 2 2 MgBr K( 3 ) 3 ( 3 ) 3 ( 3 ) 2 = 3 = R 2 R R

81 Retrosyntetická analýza jako prostředek plánování synté zy Vhodná retrosyntéza hexan-3-olu ze dvou tříuhlíkatý ch fragmentů MgBr Strategické rozpojení Mé ně vhodné retrosynté zy: nezjednodušujípodstatně cílovou strukturu (nedošlo k rozpojenížádné vazby uhlík-uhlík) NaB Br Na

82 Č ásteč ná retrosyntetická analý za syntézy 4-ethyl-4-nonanolu 3 2 MgBr a b a Ethylmagnesiumbromid Nonan-4-on c ethylnonan-4-ol c b MgBr + Propylmagnesiumbromid MgBr Pentylmagnesiumbromid ktan-3-on exan-3-on esta c je nejlepší: potřebné stavebníbloky majítéměřstejnou velikost, tudíž jde o nejvě tšízjednodušenístruktury.

83 Při plánování synté zy pozor na snadné chyby: 1. Je třeba minimalizovat poč et kroků a maximalizovat vý těžek každého kroku. Toto srovnáníje přímoč aré pro lineárnísyntézu, kdy kroky následujív sérii za sebou. V případě č astě jšíkonvergentnísyntézy, kdy jsou ně které kroky paralelník ostatním, je srovnáníobtížně jší; z orientač ního srovnánímnožstvínutný ch k získánístejného množství produktu však vyplý vá jejívý hodnost. Lineární synté za 50 % 50 % 50 % A B D 80 g 40 g 20 g 10 g D 50 % E Konvergentní synté za 20 g 10 g 50 % F G 50 % 10 g 20 g 10 g

84 2. Nelze používat č inidla obsahujícífunkč nískupiny, které mohou reagovat se substrátem Nekompatibilní! MgBr BrMg Mg Br BrMg

85 3. Je třeba mít na pamě ti veškerá mechanistická a strukturníomezeníovlivňujícíreakce, i když to nemusíbý t na prvnípohled zřejmé Br 2 l 3 3 Br N 3 + Br

86 1. ydridové redukce jsou č asto vysoce stereoselektivní, hydrid přistupuje ze stericky mé ně bráně né strany. Předpově zte stereochemický vý sledek redukce následujícílátky LiAl 4 : ( 3 ) 2 ( 3 ) 2

87 2. Navrhně te syntézu následujících slouč enin z odpovídajících alkoholů: 3 2 ( 3 )

88 3. Navrhně te syntézu následujících slouč enin z vý chozích látek neobsahujících více než č tyři uhlíky: 3 ( 2 ) ( 3 )

89 4. znač te každou z navržený ch syntéz alkoholů za dobrou (alkohol hlavní produkt), špatnou (alkohol vedlejšíprodukt) nebo neprobíhajícívůbec: l 2, aceton Br 3, 2, 3 S I , , 2, 3 N, 2, I , 2, l, 2, 3 3 2

90 5. Doplňte následujícísledy reakcí: l 3 ( 2 ) 3 3 Mg, ( 3 2 ) 2? D 2?? Br 2 Li, ( 3 2 ) 2??? l Mg, ( 3 2 ) 2??? Br 2 Li, ( 3 2 ) 2 A 2 A ??

91 6. Ze který ch z následujících halogenovaný ch slouč enin můžete bez problémů připravit Grignardovo č inidlo k následné reakci s aldehydem nebo ketonem? Ze který ch ne a proč? 3 3 I Br 3 l l

92 1. Předpově zte hlavníprodukty následujících reakcí: a) 2-methylpentan-3-ol reaguje s 2 S 4 v methanolu jako rozpouště dle b) + l

93 2. Za vyšších teplot dává 3,3-dimethylbutan-2-ol tři produkty E1 eliminace, jeden odvozený od původního kationtu a dva dalšípo alkylový ch posunech. Napište rovnice vzniku produktů.

94 3. Produkt reakce 5-brom-3,3-dimethylpentan-1-olu s hydroxidový m iontem je cyklický ether. Napište mechanismus vzniku.

95 4. Reakce methoxymethanu s horkou koncentrovanou I dává dva ekvivalenty jodmethanu. Napište mechanismus.

96 5. Napište, jak byste provedli přemě nu Br na D

97 6. Předpově zte hlavníprodukty otevření2,2-dimethyloxacyklopropanového kruhu následujícími č inidly : a) LiAl 4 ; pak +, 2 b) MgBr; pak +, 2 c) 3 SNa v 3 d) zředě ná l v 3 2 e) koncentrovaná vodná Br

98 7. Uveď te oč ekávané hlavníprodukty následujících reakcí: a) konc. I b) ( 3 ) konc. Br c) d) ( 3 2 ) 3 konc. I konc. l

99 8. Uveď te koneč né produkty reakcí3-methylpentan-2-olu s následujícími č inidly a napište mechanismus: a) Na b) konc. Br c) PBr 3 d) Sl 2 e) konc. 2 S 4 při 130 f) zředě ná 2 S 4 v ( 3 ) 3

100 9. Napište produkty reakcínásledujících látek se zředě ný m roztokem Na v DMS (dimethylsulfoxid, působíjen jako rozpouště dlo): l a) b) 2 2 Br c) Br

101 Pracovní seminář4

102 Tvar signá lu b Tvar signá lu a Struktura a b a b a a b a b

103 Tvar signá lu b Tvar signá lu a Struktura a a b a a b a a b a b a a a a a

104 1 1 SY spektra

105 1 13 ETR spektra

106 1. Předpovězte vzhled 1 NMR spekter včetně integrá lu a multiplicity: a) ethoxyethanu (diethyl etheru) b) 1,3-dibrompropanu c) 2-methylbutan-2-olu d) 1,1,2-trichlorethanu

107 2. Kolik signá lů bude v 1 NMR spektrech ná sledujících sloučenin? a) Br b) Br Br Br c) Br Br d) Br Br e) Br Br

108 3. Přiřaď te k sobě odpovídající spektra a sloučeniny: i) 1,5(d, 6); 4,1(q, 2) a) l l ii) 1,6(d, 3); 2,1(q, 2); 3,6(t, 2); 4,2(sex, 1) b) l l 3 3 l l iii) 1,0(t, 3); 1,9(quin, 2); 3,6(d, 2); 3,9(quin, 1) c) 3 2 2

109 4. Předpovězte vzhled 13 NMR spekter (s 1 dekaplinkem) ná sledujících sloučenin: a) f) 3 2 ( 2 3 ) 2 b) 3 3 g) Br c) 2 l h) 2 3 d) i) e) 3 N 2 j)

110 Stupeň nenasycenosti Definová n jako suma počtu kruhů a π-vazeb v molekule Stupeň nenasycenosti Jedna p vazba Jeden kruh Dvěp vazby Kruh a jedna p vazba Dva kruhy Tři p vazby Kruh a dvěp vazby Dva kruhy a jedna p vazba Výpočet i se zahrnutím některých heteroatomů: Stanovíme počet vodíků v nasycené molekule sat jako sat = 2n + 2 n X + n N (X = halogen, neuvažujeme kyslík a síru). Pak vypočteme stupeň nenasycenosti jako ( sat skut )/2, přičemž skut je skutečný počet vodíků v molekule.

111 NMR alkenů Spektra Si( 3 )

112 dstínění h lok h lok h lok h lok 0

113 is-interakční konstanta na dvojné vazbě se liší od trans-interakční konstanty Ačkoli se možné rozsahy cis a trans interakčních konstant překrývají, u konkrétní dvojice cis/trans izomerů je trans konstanta vždycky větší. 1 1 Si( 3 ) 4 9 z 9 z l Si( 3 ) l 14 z 14 z

114 Na rozdíl od alkanů, nelze u alkenů nepočítat s interakčními konstantami přes více vazeb, jejich existence pak vede k podstatně složitějším spektrům J [z] Typ kaplinku Název interakce Rozsah Typická Vicinální, cis Vicinální, trans Geminální Allylová (1,3)-cis nebo trans (1,4)- nebo přes více vazeb 0,5-3,0 0,0-1,6 2 1

115 Vinylový systém: 60 Mz B A Z X 100 Mz δ A = 5,90 ppm δ B = 5,90 ppm δ X = 5,52 ppm J AB = 0,4 z J BX = 8,0 z J AX = 20,0 z A B X Mz

116 Pent-1-en

117 1. Pojmenujte ná sledující alkeny: Br

118 2. Nakreslete vzorec trans-2-ethenylcyklopropanolu

119 3. Pro každou z ná sledujících lá tek určete molekulový vzorec a spočtěte stupeň nenasycenosti: l N

120 4. Seřaď te trojice podle zvyšující se stability:

121 5. Uveď te nejpravděpodobnější hlavní produkty reakcí ná sledujících haloalkanů s ethoxidem sodným v ethanolu a s terc-butoxidem draselným v terc-butylalkoholu: a) chlormethan b) 1-brompentan c) 2-brompentan d) 1-chlor-1-methylcyklohexan e) (1-bromethyl)cyklopentan f) (2R,3R)-2-chlor-3-ethylhexan

122 Pracovní seminář5

123 Katalytická hydrogenace alkenů relativní stabilita dvojný ch vazeb + Pd nebo Pt ~ - 30 kcal/mol Velikost hydrogenačního tepla je mě řítkem stability alkenu 3 2 = 2 But-1-en 3 3 Ε = 1,7 kcal/mol Ε = 1,0 kcal/mol cis-but-2-en 3 trans-but-2-en ,3 kcal/mol - 28,6 kcal/mol - 27,6 kcal/mol E Butan

124 Relativnístabilita alkenů R R R R R R R R R R R 2 2 R 2 < < < < < Vý jimkou z pravidla o vě tšístabilitě trans alkenů jsou cykloalkeny, kde jsou trans izomery možné až od vě tších kruhů. Nejmenším izolovaný ch jednoduchý m trans cykloalkenem je trans-cyklookten, který je o 9,2 kcal/mol energeticky bohatšínež cis izomer a má zkroucenou strukturu. R R R R

125 1. Reakce 2-methylpropenu s katalytický m množstvím D 2 S 4 v D 2 dává (D 3 ) 3 D. Vysvě tlete na základě mechanismu.

126 2. Jaký alken bude dobrou vý chozílátkou pro získáníracemické smě si (2R,3R)- a (2S,3S)-2-brom-3-methoxypentanu? Jaké dalšíizomerníprodukty můžete očekávat?

127 3. Uveď te produkty reakce následujících alkenů s meta-chlorperbenzoovou kyselinou (MPBA) následovanou reakcís vodnou minerálníkyselinou: a) hex-1-en b) cyklohexen c) cis-pent-2-en d) trans-pent-2-en

128 4. Uveď te produkty následujících reakcí: , 2 l 2 2. ( 3 ) 2 S , 2 l 2 2. Zn, , 2 l 2 2. ( 3 ) 2 S

129 5. Uveď te oč ekávané hlavníprodukty katalytické hydrogenace následujících alkenů (s uvážením stereochemického průbě hu reakcí): 3 3 ( 3 ) 2 2

130 6. Uveď te očekávané hlavníprodukty reakce následujících alkenů a) s Br bez peroxidů b) s Br za přítomnosti peroxidů c) s Br 2 Pozor na stereochemii. 1. hex-1-en 2. 2-methylpent-1-en 3. 2-methylpent-2-en 4. (Z)-hex-3-en 5. cyklohexen

131 Syntéza alkynů dvojnásobnou eliminací X X Báze (2 ekv.) - 2 X Viciná lnídihaloalkan Br 2 Br 1. 3 NaN 2, kap. N Br

132 Vicinálnídihaloalkany jsou dostupné halogenacíalkenů alkyny z alkenů můžeme připravit reakč nísekvencí: halogenace-dvojnásobná dehydrohalogenace. 1. Br 2, l 4 2. NaN 2, kap. N % exa-1,5-dien exa-1,5-diyn Při syntéze alkynů eliminacíjsou intermediáty haloalkeny; jak E tak Z stereoizomery dávají eliminacístejné alkyny B X X Na 3 (1 ekv.) 3 Anti eliminace X + B + X

133 Příprava alkynů z alkynylový ch aniontů Vnitřníalkyny je možné připravit z koncový ch alkynů alkylacípřes alkynylové anionty Li Li Li I, 65 - LiI 85 % 1-Pentynylcyklohexan

134 Pokusy o alkylaci se sekundárními a terciárními haloalkany vedou k produktům E2 eliminace, protože alkynylové nukleofily jsou také velmi silný mi bazemi. Nicméně jako nukleofily reagujís dalšími elektrofily: LiN 2, kap. N 3 Li - N Li % 3 2 MgBr, ( 3 3 ) 2, MgBr % 3

135 1. Navrhně te syntézu: z z ethynu But-3-yn-2-olu z ethynu

136 2. Uveď te produkty adice jedné a dvou molekul l 2 na but-1-yn:

137 3. Navrhně te (vícekrokovou) syntézu látky B z látky A: A B

138 4. Navrhně te syntézu následujícílátky z 3,3-dimethylbut-1-ynu: ( 3 ) 3 2

139 5. Napište produkt následujícíreakce: l 3 NaN 2 N 3 (l) l

140 6. Uveď te očekávané hlavníprodukty reakce propyn-1-yllithia s následujícími látkami v TF. Pozor na stereochemii! a) yklohexanon b) c) d)

141 7. Uveď te očekávané hlavníprodukty reakce propynu s: a) D 2, Pd-a 3, Pb( 2 3 ) 2, chinolin b) Na, ND 3 c) 1 ekvivalent Il d) 2 ekvivalenty Il e) 2, gs 4, 2 S 4

142 Pracovní seminář6

143 Delokalizace mezi více než dvěvazby (rozšířené π systé my) Při elektrofilních adicích, které probíhají přes vysoce delokalizované karbokationty, pozorujeme u rozšířený ch π systé mů vyšší kinetickou reaktivitu. Br Br 2 Br Br exa-1,3,5-trien Br 2 2 Br Br 2 2 5,6-Dibromhexa-1,3-dien (produkt 1,2-adice) + Br Br 2 2 Br 1,6-Dibromhexa-2,4-dien (produkt 1,6-adice) Br 2 2 3,6-Dibromhexa-1,4-dien (produkt 1,4-adice)

144 Elektrofilní atak na konjugované dieny kinetické a termodynamické řízení reakce Ačkoli jsou stabilnější termodynamicky, jsou konjugované dieny reaktivnější kineticky k elektrofilů m a dalším činidlů m Br 0 Br Br % 30 % 3-Brombut-1-en 1-Brombut-2-en

145 Mechanismus: 1. Protonace: Primární nedelokalizovaný kation se netvoří atak na 2 atak na Vý lučný produkt: delokalizovaný allylový kation 2

146 2. Zachycení allylové ho kationtu nukleofilem: Br Br 3 2 Br 3 2 Br 3 2 1,2-adice Atak na vnitřní uhlík Atak na koncový uhlík 1,4-adice Ř ada elektrofilních adicí na konjugované dieny tak dává směsi produktů Br Br Br Br BrBr l 4, % 46 % 3,4-Dibrombut-1-en 1,4-Dibrombut-2-en

147 Při 40 jsou oba izomery v rovnováze a složení směsi odráží jejich relativní stabilitu, říkáme, že reakce je za těchto podmínek řízena termodynamicky Br Br Br % 85 % Br Br 0 Br Br % 30 % Při 0 k rovnováze nedochází a složení směsi odráží rychlost se kterou se jednotlivé izomery tvoří. Ř íkáme, že reakce je řízena kineticky. V našem případěse termodynamicky stabilnější produkt tvoří pomaleji, než produkt termodynamicky mé něstabilní

148 Kinetické versus termodynamické řízení Kinetické řízení (rychlé ) Termodynamické řízení (pomalé ) Br 2 2 Br 2 2 Br 2 2 Mé ně stabilní produkt; převládápři krátký ch reakčních dobách nebo nízký ch teplotách 2 2 Zpě tnáreakce je pomalá při 0, ale rychlápři 40 Stabilně jší produkt; převládápři dlouhý ch reakčních dobách nebo vyšších teplotách

149 Rychle Pomalu k 1 k 2 k -1 k -2 E Br Vý chozí stav Br D G Mé ně stabilní produkt Br 2 2 Stabilně jší produkt Reakční koordináta

150 yklické konjugované dieny představují zvláštní třídu. Jejím nejdů ležitějším představitelem je nepochybněbenzen, který je mimořádněstabilní a nereaktivní vůči široké škále reakcí jako katalytická hydrogenace, hydratace, halogenace nebo oxidace. Reaguje mimořádně pomalu 2, Pd KMn 4, 25 Nereaguje +, 2, 25 Br 2, 25 Nereaguje Nereaguje Stejně přispívající!

151 1. Uveď te všechny izomerní bromhepteny (bez uvažování stereochemie), které vzniknou reakcí trans-hept-2-enu s N-bromsukcinimidem:

152 2. Reakce but-3-en-2-olu s Br za chladu dává 1-brombut-2-en a 3-brombut-1-en. Vysvětlete pomocí mechanismu.

153 3. Předpovězte produkty reakce (pozor na stereochemii): a) trans,trans-hexa-2,4-dienu s methylpropenoátem b) trans-penta-1,3-dienu s maleinanhydridem c) cyklopenta-1,3-dienu s dimethylfumarátem

154 4. Napište hlavní produkty následujících reakcí: 3 I a) b) NBS, l 4, peroxidy c) 3 NBS, l 4, peroxidy

155 5. Nakreslete rezonanční struktury a seřaď te následující karbokationty v pořadí snižující se stability a) 2 2 b) 2 c) 3 2 d) 3 3 e) 2 2

156 6. Navrhněte synté zu následujících sloučenin Dielsovou-Alderovou reakcí: N a) b) N 3 3 c) 3 3 3

157 7. Vysvětlete, proč dien A reaguje ochotněs alkeny Dielsovou-Alderovou reakcí, zatímco dien B nereaguje vů bec. A B

158 1. Pojmenujte následující sloučeniny nebo nakreslete struktury: a) 2,6-dimethylnaftalen b) 1-brom-6-nitronaftalen c) 9,10-difenylanthracen Br N 2 d) e) 3 S

159 2. Napište mechnismus tvorby kumenu z benzenu a propenu za katalý zy 3 P 4.

160 3. Napište hlavní produkty následujících sledů reakcí: Br 1. Li, ( 3 2 ) , 2 1. Mg, TF 2. l 3. +, 2

161 Pracovní seminář7

162 Syntetické strategie pro substituované benzeny Jak připravíme meta substituovaný anilin, když N 2 skupina řídí do ortho polohy? A. Ř ídícíú činek skupiny je mož no změ nit na opačný reverzibilnízmě nou skupiny: N 2 N 2 Zn(g), l nebo 2, Ni nebo Fe, l F 3 2 Př íklad: N 2 N 2 N 2 Br 2, FeBr 3 Fe, l Br Br 3-Brombenzenamin (3-bromanilin)

163 Jiný případ změ ny řídícího ú činku: R Zn(g), l,,nebo 2, Pd, R r 3, 2 S 4, 2 Př íklad: 3 l, 3 3 All l 2, Fel 3 2, Pd, l l 1-Ethyl-3-chlorbenzen Alkanoylace (acylace) následovanáredukcíje vhodnou metodou př ípravy alkylbenzenů bez př esmyků doprovázejících Friedlovu-raftsovu alkylaci l All 3 Zn(g), l, 51 % 59 %

164 B. Elektrofily nereagujíse silně deaktivovaný mi benzenový mi kruhy Friedlový mi-raftsový mi reakcemi 1. 3 l, All N 3, 2 S , l, All 3 3. N 3, 2 S , 2. Příprava ortho disubstituovaný ch benzenů v rozumné m vý těžku je obtíž ná, protož e para izomer vzniká té měřvždy ve vý těžku vyšším (například nitracíterc-butylbenzenu vzniká jen 16 % ortho a 73 % para derivátu). Lze ale použ ít reverzibilního blokovánípara polohy sulfonací. N 2 ( 3 ) 3 ( 3 ) 3 ( 3 ) 3 ( 3 ) 3 S 3, konc. 2 S 4 N 3, 2 S 4 N 2 +, 2, N 2 S 3 S 3

165 D. Silné ortho/para řídícískupiny jako hydroxylová a aminoskupina jsou ně kdy příliš aktivující a nastává než ádoucímultisubstituce, navíc můž e ně které reakce komplikovat atak na heteroatom. Proto se tyto skupiny často modifikují reverzibilně chrání. ydroxylová(fenolická) skupina se př evádína ether: 3 Na, 3 I Konc. I Aminoskupina se př evádína N-ethanoyl (N-acetyl) derivát: N 2 N 3 N 3 3 l S 3, konc. 2 S 4 N 3, 2 S 4 N 3 N 2 +, 2, pyridin S 3 S 3 N 3 N 2 N 2 N 2, 2

166 1. Dalšíbromacídávajídibrombenzeny A, B a různé množ stvítribrombenzenů. dvoď te jejich struktury při znalosti následujících skutečností: a) A dává dva tribrombenzeny ve srovnatelný ch množ stvích b) B dává tři tribrombenzeny, jeden z nich je minoritní c) dává jen jeden tribrombenzen

167 2. Navrhně te synté zu 3-aminobenzensulfonové kyseliny z benzenu.

168 3. Navrhně te synté zu 1-chlor-3-propylbenzenu z propylbenzenu.

169 4. Uveď te, je-li benzenové jádro v následujících sloučeninách aktivováno nebo deaktivováno: N 2 N 2 N 2 3 F S 3 ( 3 ) 3 N 2 3

170 5. Uveď te hlavníprodukty následujících reakcí: N 2 N 3, 2 S 4, 3 2 N 3, 2 S 4 l N 3 S 3, 2 S 4 Br 2, FeBr S 3 Br 2, FeBr 3 S 3, 2 S 4 N N 2 N 3, 2 S 4 3 l, All 3 2 N l

171 Acetaly jako chránicískupiny Acetalizacípřejde reaktivníkarbonylová skupina na relativně nereaktivníetherům podobné uskupení. Protož e je tato reakce reverzibilní, je využ ívána k chráně níkarbonylové skupiny před atakem nukleofilů. Přitom je zvláště vý hodná tvorba cyklický ch acetalů, stabilně jších než acyklické % 3 Př íklad syntetického použití: 3 ( 2 ) 3 Li + + I LiI 1,2-ethandiylacetal 3-jodpropanalu +, 2 3 ( 2 ) ( 2 ) % % 1,2-ethandiylacetal 4-nonynalu 4-nonynal

172 Thioly reagujís karbonylovou skupinou analogicky za tvorby thioacetalů. Místo protický ch kyselin se reakce často katalyzuje Lewisový mi kyselinami jako BF 3 nebo Znl 2. S 2 2 S, Znl 2, ( 3 2 ) 2, 25-2 S S 95 % Thioacetaly jsou stabilníve zředě ný ch kyselinách a hydrolyzujíza použ itíchloridu rtuť naté ho, který vytvářínerozpustné sulfidy rtuti. S S 2, gl 2, a 3, 3 N cyklický thioacetal Thioacetaly je také mož no desulfurizovat na odpovídajícíuhlovodíky vodíkem na Raneyově niklu S S 2, Raney Ni

173 1. Nakreslete rovnice přípravy následujících sloučenin z naznačený ch vý chozích látek: 2 ( 2 ) 4 2

174 2. Uveď te produkty reakce pentan-2-onu s: a) LiAl 4 v etheru, pak +, 2 b) 3 2 MgBr v etheru, pak pak +, 2 c) 2 2, +

175 3. Napište očekávané produkty ozonolý zy (následované mírnou redukcí, např. Zn/ 3 ) následujících látek:

176 4. Naznačte činidla vhodná pro následujícípřemě ny:

177 Pracovní seminář8

178 alogenace aldehydů a ketonů Kysele katalyzovaná halogenace se obvykle zastavípo zavedeníprvního atomu halogenu. Její rychlost nezávisína koncentraci halogenu rychlost určujícím krokem je enolizace karbonylové slouč eniny 44 % BrBr, 3 2, 2, Br Br Brompropanon (bromaceton) Mechanismus: 1. Enolizace rychlost určujícíkrok

179 2. Napadeníhalogenem Br Br Br Br 3 Br 3 3. Deprotonace Br 2 Br Prvníhalogenace zpomaluje enolizaci Mé ně bazický než u nesubstituované ho ketonu Br Br 2 Elektrony odtahující 3

180 Bazicky katalyzovaná halogenace naproti tomu pokračuje na stejném α uhlíku, dokud ten není ú plně substituován. R 2 + Br Br R 2 Br Kyselejšínež u nesubstituované ho ketonu, proto reakce pokračuje zde alogenace v alkalickém prostředímů že jít ještě dále: haloformová reakce + Br RBr 3 + R Br 3 R + Br 3 R + Br 3 +, 2 R + Br 3 Bromoform

181 1. Mů že benzaldehyd podlehnout aldolovékondenzaci sám se sebou? Proč ano nebo proč ne?

182 2. Navrhně te produkty následujících aldolových kondenzací:

183 3. Připravte následujícísloučeninu z jakýchkoli surovin s použitím aldolové kondenzace v klíčovém kroku: 3

184 4. V následujících strukturách podtrhně te α-uhlík a zakroužkujte α-vodíky: ( 3 ) ( 3 ) 3 ( 3 )

185 5. Uveď te produkty reakce pentan-3-onu s 1 ekvivalentem LDA následované reakcís 1 ekvivalentem: a) 3 2 Br b) ( 3 ) 2 l c) ( 3 ) 2 2 S 3 d) ( 3 ) 3 l

186 6. Napište pravdě podobnéprodukty následujících reakcí: 2 2 Na, 2 + ( 3) 2 Na, 2 3 Na, 2 3 3

187 Acidobazickévlastnosti karboxylových kyselin Karboxylové kyseliny snadno disociujídíky přítomnosti elektrony odtahujícího karbonylu vedle hydroxylové skupiny. Karboxylátový ion je silně stabilizován rezonancía má symetrickou strukturu se stejnými délkami vazeb uhlík-kyslík o hodnotě mezi jednoduchou a dvojnou vazbou. R + 2 R Karboxylátový ion + 2 B + R B + R R R

188 Elektronodtahujícíatomy a skupiny na uhlíku α zvyšujíkyselost karboxylových kyselin, v případě dvou nebo třítakových skupin až na hodnoty blízké typickým minerálním kyselinám. Dikarboxylové kyseliny majídvě hodnoty pk a, u blízkých skupin je prvnípk a značně nižší, což je způ sobeno elektronodtahujícím vlivem dosud nedisociovaného karboxylu. odnoty pk a rů zných kyselin: Sloučenina pk a Sloučenina pk a 3 4, ,16; 5,61 l 2 2,87 ( 2 ) 4 4,43; 5,41 l 2 1, ,36 l 3 0, ,20 F 3 0,23 4-l 6 4 3, ,82 3 P 4 (do 1. stupně ) 2, l 2,84 N 3-1,4 3 l 2 4,06 l -2,2 l ,52 2 S 4 (do 1. stupně ) -5,0 1,23; 4, ,7 2 2,83; 5, ,5

189 Karboxylové kyseliny reagujíochotně s bázemi jako Na, Na 2 3 nebo Na 3 na soli, které pojmenováváme nahrazením koncovky ová kyselina koncovkou át. Soli karboxylových kyselin jsou mnohem rozpustně jšíve vodě než matečné kyseliny díky přítomnosti velmi polárníaniontové karboxylátové skupiny -. Na + 3 Li + Formiát sodný Acetát lithný Na, Na ,4-Dimethylpentanová kyselina [ve vodě jen mírně rozpustná] 4,4-Dimethylpentanoát sodný [ve vodě dobře rozpustný]

190 Při protonaci karboxylových kyselin se ukazuje, že bazičtě jšíje karbonylový kyslík vzniklá látka má dvě stejné dobré rezonančnístruktury a je silně kyselá protonace je obtížná. R 2 R + + R R R pka = ~ -6

191 1. Navrhně te vícekrokovésyntézy látek z uvedených výchozích sloučenin. 3 Br 3 3

192 2. Navrhně te syntézy následujících karboxylových kyselin, ve kterých je alespoň jedním krokem tvorba vazby -: 3 ( 2 )

193 3. Uveď te produkty reakce cyklopentankarboxylovékyseliny s následujícími činidly: a) Sl 2 b) PBr 3 c) 3 2 Br + pyridin d) ( 3 ) 2 + l e) 2 N 2 f) produkt e) silně zahřát g) 1. LiAl 4 ; 2. +, 2 h) Br 2, P

194 Pracovní seminář9

195 Alkanoylhalogenidy (acylhalogenidy) a anhydridy Při syntéze obou derivátů z karboxylových kyselin musíme nejprve přemě nit špatnou odstupující skupinu na dobrou lsl - =S= - l, reflux l 85 % 3 PBr 3-3 P 4 3 Br 90 %

196 Mechanismus 1. Př evedenína lepší odstupujícískupinu: 2. Adice: R 2 - l R Sl R Sl l R Sl + l R Sl l 3. Eliminace: Tetraedrický intermediát R l S l R l + S l

197 Elektrony odtahující účinek halogenu aktivuje karbonylovou skupinu v alkanoylhalogenidech k reakci se slabšími nukleofily. Například reakce alkanoylhalogenidů s karboxylovými kyselinami dávákarboxylové anhydridy l 2 2 3, 8 h - l % Butanová kyselina Butanoylchlorid Butanoylanhydrid Jak naznačuje název, anhydridy jsou formálně odvozeny od odpovídajících kyselin odně tím molekuly vody. Ačkoli dehydratace karboxylových kyselin není obecnou metodou přípravy anhydridů, zahříváním je možno dehydratovat dikarboxylové kyseliny na cyklické anhydridy, pokud uzavření vede k pě ti- nebo šestičlennému kruhu % Butandiová kyselina (jantarová kyselina) Butandioylanhydrid (sukcinanhydrid)

198 Estery karboxylových kyselin Estery jsou patrně nejdů ležitě jšími deriváty karboxylových kyselin. Připravují se kysele katalyzovanou reakcí karboxylových kyselin s alkoholy - esterifikací. R + R' + RR' + 2 Esterifikace není příliš exothermní, rovnováhu posunujeme přebytkem ně které výchozí látky (obvykle alkoholu) nebo odstraňováním vody nebo esteru z reakční smě si. 3 Kyselina octová + 3 Methanol (také jako rozp.) 2 S 4, Methylacetát 85 % Reakcí opačnou k esterifikaci je hydrolýza esterů, rovněžkysele katalyzovaná. Rovnováhu posunujeme přebytkem vody Ethyl-2,2-dimethylhexanoát 2 S 4,, aceton % 3 2,2-Dimethylhexanová kyselina + 3 2

199 Mechanismus kysele katalyzované esterifikace a hydrolý zy esterů 1. Protonace karboxylové skupiny: R + + R R R 2. Atak alkoholu: R + 3 R - + R 3 3 Tetraedrický intermediát

200 3. Eliminace vody: + + R R R 3 R 3 R R 3 Intramolekulární esterifikace je možnáu hydroxykarboxylových kyselin. Reakce je opě t katalyzována minerálními kyselinami a produkty se nazývají laktony. Jejich vznik je příznivý především u pě ti- a šestičlenných cyklů. 2 S 4, % 90 %

201 Amidy karboxylových kyselin Aminy jsou lepšími nukleofily, ale také lepšími bazemi než alkoholy. Reakcí karboxylové kyseliny s aminem se vytváří amoniovásů l, kterásama je rezistentní k nukleofilnímu ataku. Reakce tvorby soli je však reverzibilní a za vyšších teplot je ve smě si přítomna volnákyselina, kteráreaguje s aminem obvyklým adičně -eliminačním mechanismem. R + N 3 R N 3 Amonná karboxylová sů l ( 3 ) 2 N N( 3 ) 2 84 % N,N-Dimethylbutanamid

202 Mechanismus tvorby amidů R + N 3 R N 3 R N R N 2 Dikarboxylové kyseliny reagují s aminy na imidy 2 2 Butandiová kyselina N Aminokyseliny cyklizují na laktamy 2 N N 4 N N N 3, Butanimid (sukcinimid) - 2 Laktam N N 83 % 86 %

203 Redukce karboxylových kyselin LiAl 4 Tetrahydridohlinitan lithný redukuje kyseliny až na alkoholy. Mechanismus není úplně přesně znám, ale zřejmě nejprve dojde ke tvorbě lithné soli. Karboxyláty jsou obvykle nereaktivní, ale LiAl 4 je natolik silným donorem hydridového aniontu, že redukcí karbonylu vznikne alkoxid lithný, který pak kyselým rozkladem poskytne alkohol. R 1. LiAl 4, TF 2. +, 2 R 2 Př íklad: 1. LiAl 4, TF 2. +, 2 65 % 2

204 Bromace vedle karboxylové skupiny: reakce ella-volharda-zelinského Podobně jako aldehydy a ketony mohou být karboxylové kyseliny monobromovány na uhlíku α ke karboxylové skupině. K nastartování reakce je nutné malé množství PBr 3, které se ně kdy vytváří in situ z Br 2 a červeného fosforu. Br Br-Br, stopy P Br 80 % Mechanismus: 1. Tvorba alkanoylbromidu: 3 R 2 + PBr 3 3 R 2 Br + 3 P 4 2. Enolizace: R 2 Br + R Br

205 3. Bromace: R Br-Br RBr + Br Br Br 4. Vý měna: RBr + R 2 R + R 2 Br Br Br 2-Bromkarboxylové kyseliny mohou pak být převedeny na jiné dů ležité deriváty například hydroxy- nebo aminokyseliny. 3 ( 2 ) 4 Br 2, stopy PBr , 4 Br 86 % 3 ( 2 ) 3 N 3, 2, 50, 30 h N 2 64 % 3 ( 2 ) 3 exanová kyselina 2-Bromhexanová kyselina 2-Aminohexanová kyselina (Norleucin)

206 1. Seřaď te sloučeniny (deriváty kyseliny uhličité) v pořadí snižující se reaktivity v nukleofilní adici-eliminaci l l 3 3 l N N 2 ( 3 ) 3 ( 3 ) 3

207 2. Reakce uvedené látky A s LiAl 4 následovanákyselým rozkladem dává sloučeninu B. Vysvě tlete. N 3 A N 2 3 B

208 3. Navrhně te cestu k přemě ně A na B. 3 N 2 A B

209 4. Uveď te produkty následujících reakcí: 3 1. K, , 2 3 ( 3 ) 2 N 2, 3, ether, nadbytek MgBr 2. +, LDA, TF, I, MPA 2. +, 2 1. [( 3 ) 2 2 ] 2 Al toluen, ,

210 1. Nakreslete struktury následujících sloučenin [semisystematické názvy jsou v závorkách]: a) 2-propynylamin [propargylamin] b) (N-2-propenyl)fenylmethanamin [N-allylbenzylamin] c) N,2-dimethyl-2-propanamin [tert-butylmethylamin]

211 2. Jak se budou následující třídy sloučenin chovat jako báze a kyseliny ve srovnání s jednoduchými primárními aminy: a) Amidy karboxylových kyselin, například 3 N 2 b) Imidy karboxylových kyselin, například 3 N 3 c) Benzenaminy, například anilin

212 3. Navrhně te syntézy následujících aminů, které budou vycházet z organických sloučenin neobsahujících dusík a) Butanamin b) N-methylbutanamin c) N,N-dimethylbutanamin

213 4. Uveď te struktury možných alkenových produktů ofmannovy eliminace následujících aminů : N 2 a) N 2 b) c) 3 N 3

214 V bazických podmínkách mohou fenoly podléhat elektrofilní substituci přes fenoxidové ionty s velmi mírnými elektrofily. Příkladem je hydroxymethylace fenolu. Tato reakce je kondenzací enolátů podobně jako aldolovákondenzace

215 Primární produkty aldoly ztrácejí při zahřívání vodu a mě ní se na chinomethany: 2, - 2 o-chinomethan, p-chinomethan Protože chinomethany jsou α,β-nenasycenými karbonylovými sloučeninami, mohou podlehnout následné Michaelově adici s přebytkem fenoxidového iontu, vzniklý fenol může být hydroxymethylován a celý proces může takto pokračovat. Nakonec vznikáfenol-formaldehydový kopolymer, známý také jako fenolovápryskyřice nebo pod komerčním názvem Bakelit.

216 Při Kolbeho reakci napadáfenoxidový ion oxid uhličitý a vznikásů l 2-hydroxybenzoové kyseliny: + K 3, 2, tlak K +

217 Elektrocyklické reakce na benzenovém kruhu: laisenů v přesmyk Při 200 podléhá2-propenyloxybenzen (allylfenylether) neobvyklé reakci, kterávede k přerušení allylové etherové vazby. Reakce se nazýválaisenů v přesmyk a probíhá součinným přesunem šesti elektronů % 2-propenyloxybenzen (allylfenylether) 2-(2-propenyl)fenol (o-allylfenol) Mechanismus:

218 laisenů v přesmyk probíhái v jiných systémech, s nearomatickým etherem se zastaví ve stádiu karbonylové sloučeniny: nazýváse pak alifatický laisenů v přesmyk Ethenyloxyprop-2-en (allylvinylether) Pent-4-enal 2 50 % Čistě uhlíkový analog laisenova přesmyku se nazýváopeho přesmyk a probíhá ve sloučeninách s 1,5-dienovými jednotkami. Všechny uvedené přesmyky jsou analogické elektrocyklické reakci cis-hexa-1,3,5-trienu na cyklohexa-1,3-dien, kde chybí modře označená vazba % 3-Fenylhexa-1,5-dien trans-1-fenylhexa-1,5-dien

219 1. Který z tě chto dvou chloralkanů bude rychleji podléhat solvolýze? Vysvě tlete. (1-hlorethyl)benzen nebo chlor(difenyl)methan?

220 2. Fenylmethanol (benzyl alkohol) reaguje s chlorovodíkem na (chlormethyl)benzen mnohem rychleji, než ethanol reaguje s chlorovodíkem na chlorethan. Vysvě tlete.

221 3. Seřaď te v pořadí zvyšující se kyselosti: a) fenol b) 3,4-dimethylfenol c) 3-hydroxybenzoovákyselina d) 4-(fluormethyl)fenol

222 4. Proč nedáváště pení alkoxybenzenů X halobenzen a alkanol?

223 5. Uveď te očekávané hlavní produkty následujících reakcí (NBS = N-bromsukcinimid) 2 3 a) l 2 (1 ekvivalent), hν b) NBS (1 ekvivalent), hν

224 6. Předpově zte hlavní produkty následujících reakcí. Uveď te, jakým mechanismem produkty vznikají. l N 2 a) 2 NN 2 N 2 l b) l Na 3, 3 2 N N 2 l c) LiN( 2 3 ) 2, ( 2 2 ) 2 N 3

225 7. Předpově zte hlavní produkty následujících reakcí: a) 1. KMn 4, -, 2. +, 2 b) Mn 2, aceton 2. K, 2, 3 c) 1. ( 3 ) 2 l, All 3 2. N 3, 2 S 4 3. KMn 4, -, 4. +, 2

226 Pracovní seminář10

227 β-dikarbonylové sloučeniny jako syntetické intermediáty b-dikarbonylové anionty jsou nukleofilní a mohou být alkylovány Ethyl-3-oxobutanoá t (ethylacetoacetá t) 1. K + ( 3 ) 3, ( 3 ) 3 2. Ph 2 Br - ( 3 ) 3 - KBr 1. Na + 2 3, I NaI % Ethyl-(2-methyl-3-oxobutanoá t) 77 % Ethyl-[2-methyl-2-(fenylmethyl)-3-oxobutanoá t]

228 Na + 2 3, Br NaBr % Diethyl-propandioá t (diethylmaloná t) Diethyl-[2-(1-methylpropyl)propandioá t]

229 3-ketokyseliny snadno podlé hají dekarboxylaci za mírných podmínek. Produkty, ketony nebo karboxylové kyseliny, obsahují alkylové skupiny zavedené v předeš lých alkylačních krocích. R 2 3 hydrolý za R RR' + 2 R' R' 3-ketokyselina hydrolý za keton + 2 Příklady: R R R karboxylová kyselina ( 2 ) 3 3 Ethyl-2-butyl-3-oxobutanoá t 1. Na, 2, 2. 2 S 4, 2, ( 2 ) % eptan-2-on

230 S 4, 2, % 3 Diethyl-[2-(1-methylpropyl)propandioá t] 3-Methylpentanová kyselina Mechanismus dekarboxylace 3-ketokyselin:

231 Acetoctanovásynté za: příprava methylketonů Příklad: Na 2 3, Br 3 R R' R R' 3,3-disubstituovaný methylketon 1. Na, 2, 2. 2 S 4, 2, % 1. K ( 3 ) 3, ( 3 ) I % eptan-2-on K, 2, l, 2, % 64 % Butylheptan-2-on

232 Malonesterovásynté za: příprava karboxylových kyselin R R Příklad: R' R' 2,2-dialkylovaná kyselina octová Na 2 3, ( 2 ) 9 Br, K, 2, 3 2, S 4, 2, ( 2 ) 9 74 % 3 Diethyl-2-methylpropandioá t (diethylmethylmaloná t) 2-Methyldodekanová kyselina

233 1. Uveď te vš echny produkty laisenovy kondenzace, které vzniknou při reakci směsi ethylacetátu s ethylpropanoátem za přítomnosti ethoxidu sodné ho v ethanolu.

234 2. Zformulujte mechanismus následující reakce: Na, ,

235 3. Navrhněte synté zu cyklohexankarboxylové kyseliny z diethylmalonátu, 2 ( ) 2, a 1-brom-5-chlorpentanu, Br( 2 ) 5 l:

236 4. Myslíte, že propandial, 2, může být snadno připraven laisenovou kondenzací? Proč ano nebo proč ne?

237 5. Připravte acetoctanovou synté zou: a) b) c) d) 2 3

238 hinolin a isochinolin Kondenzace benzenové ho kruhu s pyridinovým může poskytnout chinolin nebo isochinolin. U obou z nich dochází k elektrofilní substituci na benzenové m jádře, převážně do polohy α. N 2 hinolin N 2 S 4, S 3, N 3, 15-20, 5 h - 2 N + 35 % 43 % N 2 5-Nitrochinolin N 2 N 8-Nitrochinolin N 2 S 4, N 3, 0, 30 min - 2 N N + Isochinolin 72% 8% N 2 5-Nitroisochinolin 8-Nitroisochinolin

239 Nukleofily preferují reakci do elektronově chudé ho pyridinové ho jádra, reakce jsou analogické reakcím pyridinu. Příklad: Č ičibabinova reakce 1. NaN 2, kap. N 3, 20, 20 dní 2. +, 2 N N 80 % N 2 2-Aminochinolin 1. KN 2, kap. N N N 71% N 2 1-Aminoisochinolin-4-karboxylová kyselina

240 1. Azacyklohexan (piperidin) je polární molekula. Kam směřuje její dipólový moment? Jak je to v případě pyridinu? Vysvětlete.

241 2. Vysvětlete, proč nastáváelektrofilní aromatickásubstituce pyridinu v poloze 3.

242 3. Uveď te produkty následujících reakcí: a) 3 N 2 P 2 5, b)

243 4. Navrhněte synté zu následujících substituovaných heterocyklů: 3 3 a) 3 3 b) 6 5 N c) N 3 d) 3 S

244 5. Uveď te očekávané hlavní produkty následujících reakcí: 3 3 N a) oleum, 270 N b) S l, Snl 4 2. Raney Ni, c) N ( 3 ) 3 Li, TF,